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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。 lS#7x h  
D$QGLI9(  
ma1 (EJ/  
qg|Ox*_od"  
任务说明 MCM/=M'y  
,}u,)7  
IeH^Wm&^  
|^ ?`Q.|c$  
简要介绍衍射效率与偏振理论 28ja-1dB  
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。 ' 4,y  
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: z1kBNOr  
A 0 S8Dh$  
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]P<3%  
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: 1>hb-OMX  
1k$2LQ  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为  ccRlql(  
=Y/}b\9`T  
光栅结构参数
JR] )xPI`  
研究了一种矩形光栅结构。 PL9<*.U"=  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 0h^uOA; c  
根据上述参数选择以下光栅参数: cW=Qh-`jU;  
光栅周期:250 nm MST:.x ;  
填充因子:0.5 15o9CaQw4"  
光栅高度:200 nm SwyaYK  
材料n_1:熔融石英(来自目录) h] <GTWj  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) oN_S}o  
6BUBk>A`  
VIb;96$Or  
Tc9&mKVE%(  
偏振态分析 TFNUv<>X  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 9*BoYFw92*  
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。 iKohuZr  
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。 uPI v/&HA  
3gC\{y!8  
$[)6H7!U)  
nWKO8C>  
模拟光栅的偏振态 eH ;Wfs2f  
fKFnCng  
${wU+E*  
0Ulxp  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Cq-hPa}2  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 ~ &t!$  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 ^!q 08`0  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 J>&[J!>r  
E7V38Z  
Passilly等人更深入的光栅案例 ,jAx%]@,I  
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。 VEL:JsY  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 1R5Yn(  
XPar_8I  
gmXy>{T  
j kSc&  
光栅结构参数 F~tm`n8Z  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 f+*J ue  
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。 `)0Rv|?  
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。 1[26w_B3  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 _Ngx$  
+= X).X0K  
3Cq6h;!#  
光栅#1——参数 co \[{}}  
假设侧壁倾斜为线性。 K#_~ !C4L  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _{N0OX  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 xR\D(FLV S  
光栅周期:250 nm m"96:v  
光栅高度:660 nm W Atg  
填充因子:0.75(底部) }@3Ud ' Y  
侧壁角度:±6° jjJc1p0  
n_1:1.46 $ \? N<W  
n_2:2.08 j)g_*\tQ  
5W*7qD[m  
Xg|8".B)A  
'CP/ymf/a  
光栅#1——结果 K<$wz/\  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 /X(@|tk:  
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。 F?*Dr  
SQ1M4:hP  
  
6a "VCE]  
OpWeW  
光栅#2——参数 o?:;8]sr!  
假设光栅为矩形。 -9=M9}eDF  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 CBiU#h q  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 BNAguAxWo  
光栅周期:250 nm {DKXn`V  
光栅高度:490 nm BSx j~pun  
填充因子:0.5 kvMk:.  
n_1:1.46 <'PR;g^#  
n_2:2.08 Tns?mQ  
zvek2\*rO  
`_NnQ%  
jF%)Bhn(  
光栅#2——结果 CL)1Q  
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。 aukk|/3Ih  
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。 Z! C`f/h9  
   'hwV   
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v#Cz&j  
zanmous 2022-07-20 10:03
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