| infotek |
2024-12-18 14:34 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 NygI67 bV3lE6z 光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 :HW>9nD. .^XHuN&
">6&+^BN' W@B7yP7Rz 任务说明 DuF7HTN[K 7Qh_8M
r] t )x* k!doIMj 简要介绍衍射效率与偏振理论 'XTs
-= 某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 6s,2NeVWa 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: w4{y"A
GOW"o"S 其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 lA{(8sKN 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: l(Cf7o!
\|Qb[{<:, 因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 。 +v[O E&%jeR 光栅结构参数 T_~KxQ 研究了一种矩形光栅结构。 Dq`~XS* 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 j@C0af 根据上述参数选择以下光栅参数: u)7
]1e{ 光栅周期:250 nm SOH%Q_ 填充因子:0.5 l.7d$8'\ 光栅高度:200 nm sA\L7`2H 材料n_1:熔融石英(来自目录) 8ath45G @ 材料n_2:二氧化钛(来自目录) .&chdVcxyS 4p x_ZD#J
-]QguZE k6J\Kkk( 偏振态分析 E{gv,cUM 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 {{E jMBg{ 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ( 2zeG` 为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 [tm[,VfA^ F;a3
U"B.:C2 h^d\xn9GT# 模拟光栅的偏振态 9>{t}Id OT+ Ee
)]A9~H M,JA;a, _ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: o4'Wr 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 k<, u0 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 <Cr8V'c 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 aG
Ef#A xDLMPo& Passilly等人更深入的光栅案例。 Q!x`M4 Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 _iq2([BpL 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 O8$~*NFJf t]r7cA
Y.9~Bo<<r [88{@) 光栅结构参数 ;'hi9L 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。
Lxz 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 wH#-mu#Yl< 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 f^u^-l 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 '5V^}/
yFi6jN#~ j,4,zA1j| 光栅#1——参数 +/w(K, 假设侧壁倾斜为线性。 p6 <}3m$ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 m'SmN{(t 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 QS5H>5M) 光栅周期:250 nm }ymc5- 光栅高度:660 nm )X~#n 填充因子:0.75(底部) m]1!-`(* 侧壁角度:±6° 7:h<`_HT(X n_1:1.46 ZXh~79 n_2:2.08 zfirb v8>!Gft
@Mzz2&(dU Vj/fAHR`>' 光栅#1——结果 90?,-6 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 erXy>H[; 与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 .B6`OX&k (lieiye^
6EZ1YG} z;ULQ 光栅#2——参数 8znj~7}# 假设光栅为矩形。 0n\^$WY 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Uld_X\;Q4 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 'xQna+ %h 光栅周期:250 nm R04.K! 光栅高度:490 nm iwB8I^ 填充因子:0.5 kpl~/i`4 n_1:1.46 }Z"28? n_2:2.08 0GS{F8f~, 692Rw}/
{3.*7gnY\L y#&$f 光栅#2——结果 )\D2\1e(c 这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 O<4Q$|=&? 与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 1 pa*T! 1!X1wCT
hx*HY%\P
|
|