| infotek |
2025-01-10 07:57 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 (,y/nc=GN jc`',o'[+ 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。 l<%~w
U ~o5iCt;w
3m7V6##+ l;kZS 任务说明 nQ3goVRFP eakIK+-21y
Sylsp%A dph6aN(49 简要介绍衍射效率与偏振理论 _\;#a 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。 `I{Q,HQ7 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: >g2.z>
a/#,Y<kJ 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。 =@ 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: ?M(Wx
@!O{>` 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 。 xhS/X3<th )KQum`pO 光栅结构参数 >AFpO*q" 研究了一种矩形光栅结构。 'A2"&6m)28 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 .w)t<7 y 根据上述参数选择以下光栅参数: ^`?>
Huu<w 光栅周期:250 nm +[`%b3N k 填充因子:0.5 !WnI` 光栅高度:200 nm 1]`HX=cl 材料n_1:熔融石英(来自目录) ]~ UkD*Ct 材料n_2:二氧化钛(来自目录) S`KCVQ>V 9%6`ZS~3
j-|0&X1C axOy~%%c 偏振态分析 hZJqo + s 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 \M@8# k| 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。 5Oq ;V:7 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。 u)pBFs<dn )>p6h]]a
;d40:q< yG4MqR)J 模拟光栅的偏振态 |pY0IqO r%n[PK^(
k({8C`&tK/ YfKty0 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: $0t
%}DE 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 v%[mt`I 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 KW<CU' 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 _R6> Ayw* 6'zy"UkH Passilly等人更深入的光栅案例。 JM%#L *; Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 {{,%p#/b 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?|dz"=y UtrbkuT
A>puk2 s vxx3^;4p 光栅结构参数 0<9TyN6 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 swrd 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 i\G3
u# 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 Q<pM
tW 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。
.@Cshj
JhcS rge/jE,^~Z 光栅#1——参数 f14c}YY 假设侧壁倾斜为线性。 qfU3Cwy 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 9iE66N>z 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 _JH6bvbQ 光栅周期:250 nm lTXU 光栅高度:660 nm 8^lXM-G- 填充因子:0.75(底部) Xk$lQMwZ 侧壁角度:±6° 9@06]EI_ n_1:1.46 G
w[&P% n_2:2.08 A-FwNo2"% UsTPNQj
K~]jXo^M d,)L, J 光栅#1——结果 E_oe1C: 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 O}Jb,?p 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。 C0RwW??t cx|j
_5%i
6_Kz}PQ 7-DC"`Y8e 光栅#2——参数 (EX 假设光栅为矩形。 '<Gqu_- 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &%lhov 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 $H^6I8> 光栅周期:250 nm QVpZA, 光栅高度:490 nm i?>"}h 填充因子:0.5 |};~YMH n_1:1.46 iYf4 /1IG, n_2:2.08 }W<L;yD 'SmdU1]4BD
Li2)~4p>< E !8y|_(j 光栅#2——结果 IjNm/${$ 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。 aI{[W;43T 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。 / @&Sqv4? zkMQ=,[
JI&>w-~D
|
|