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infotek 2022-06-27 09:14

衍射级次偏振态的研究

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。 0:=ZkEEeU  
$g10vF3  
LOvHkk@+  
3QXjD/h  
任务说明 Wht(O~F  
6/Fzco#N  
a.@qGsIH  
`_vB+a  
简要介绍衍射效率与偏振理论 ua5?(,E`']  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 47r&8C+&\  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: WG7k(Sp ]  
&QNY,Pj  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 V Z y4_v=  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: #!2k<Q*5uT  
LD>\#q8a*  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 @+LfQY  
\4d.sy0&>-  
光栅结构参数
l [GOs&D1  
研究了一种矩形光栅结构。 3;[DJ5  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 l?8M p$M  
根据上述参数选择以下光栅参数: r?/A?DMe  
光栅周期:250 nm g(C|!}ex/  
填充因子:0.5 ~utJB 'gr  
光栅高度:200 nm tK(g-u0N`(  
材料n_1:熔融石英(来自目录) #A7jyg":  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) N K]B?  
I 1Sa^7  
7nU6k%_%  
SqA J-_~  
偏振态分析 .7NNT18  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 Pmg)v!"  
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。 sP@X g;]  
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。 ;`YkMS`=W  
e({9]  
5yZTcS z  
d[ >`")2)  
模拟光栅的偏振态 #H?t!DU  
O,2~"~kF  
g7V8D  
iIT8H\e  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: +  @9.$6N  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 `:m!~  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 3.d"rl  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 \c v?^AI  
kum#^^4G|  
Passilly等人更深入的光栅案例 f3j{VN  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 im7nJQ^H$q  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 [D-Q'"'A  
@`opDu!  
E/&Rb*3  
9E2j!  
光栅结构参数 X,aYK;q%z  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 {Gq*e/  
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。 3A:q7#m  
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。 W7"{r)7  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 Pi,QHb`>  
?"#%SKm  
j"^ +oxH  
光栅#1——参数 >d"3<S ; b  
假设侧壁倾斜为线性。 H1GRMDNXOA  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 D4eTTfQ  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 Oa;X +  
光栅周期:250 nm O%g $9-?F0  
光栅高度:660 nm E:zF/$tG  
填充因子:0.75(底部) %*aJLn+]_R  
侧壁角度:±6° 9)xUA;Qw?z  
n_1:1.46 BqDKT  
n_2:2.08 >Rvx[`|O!m  
[ EFMu;q  
Spo?i.#  
@`tXKP$so  
光栅#1——结果 c4&'D;=  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 <FMq>d$\  
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。 b|Q)[y]  
$aHAv/&(5  
  
8}H1_y-g[  
W$U0[^1  
光栅#2——参数 (,^*So/  
假设光栅为矩形。 1Je9,dd6  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Wg{k$T_>  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 :kfp_o+J  
光栅周期:250 nm y!]CJigpZ  
光栅高度:490 nm i1 RiGS  
填充因子:0.5 ws^4?O  
n_1:1.46 oPPX&e@=s]  
n_2:2.08 ?.Pg\ur  
B7]MGXC  
z2Z^~, i  
}<'5 z qS  
光栅#2——结果 SM@QUAXO  
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。 s=[h?kB  
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。 n@G[  
   9uWY@zu  
0?>dCu\  
`O'`eY1f  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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