受粗糙光栅表面影响的光栅级次效率分析

该案例介绍了一个正弦光栅的仿真，该光栅表面具有随机变化的粗糙度结构。此外，分析了对衍射级次的影响，特别是衍射效率。
1. 建模任务


 一个正弦光栅不同衍射级次的严格分析和优化。
 对于该仿真，采用傅里叶模态法。

2. 建模任务：正弦光栅

x-z方向(截面视图)


光栅参数：
 周期：0.908um
 高度：1.15um
(这些参数提供了一个具有均匀分布传输效率0级和±1级衍射级次，详见案例341)

3. 建模任务



 VirtualLab光栅工具箱提供的光栅级次分析器，可对光栅衍射效率进行严格的计算。

 利用该分析器，也可以分别计算出现的每个衍射级次的衍射效率。



4. 光滑结构的分析


 计算衍射效率后，结果可在级次采集图中显示。
 对于光滑结构，参数平稳，0级和±1衍射级次的传输效率大约为32%



5. 增加一个粗糙表面




 VirtualLab光栅工具箱可将两个界面进行组合(如添加)。
 因此任意光栅形状(如正弦光栅)可以与粗糙表面组合，形成粗糙光栅面型。





 该粗糙面有可通过几个选项来实现表面的变化(如周期化)。
 第一个重要的物理参数称为”最小特征尺寸”。
 第二个重要的物理参数是定义”总调制高度”。



6. 对衍射级次效率的影响

粗糙度参数：
 最小特征尺寸：20nm
 总的调制高度：200nm
 高度轮廓



 效率


 粗糙表面对效率仅有微弱的影响

 粗糙度参数：
 最小特征尺寸：20nm
 总调制高度：400nm
 高度轮廓



 效率

由于粗糙表面的总调制高度变大，±1级衍射效率发生轻微不对称。




粗糙度参数：
 最小特征尺寸：40nm
 总调制高度：200nm
 高度轮廓



 效率


 更大的”最小特征尺寸”降低了0级衍射的透射效率。

粗糙度参数：
 最小特征尺寸：40nm
 全高度调制：400nm
 高度轮廓




 效率



 对于较粗糙的表面，0级衍射效率大幅降低，而且±1级衍射效率的不对称性增大。

7. 总结
 VirtualLab的光栅工具箱可对任意形状光栅结构进行严格分析(如包含一个附加粗糙面的正弦光栅)。
 对于这种类型的分析，VirtualLab中采用全矢量傅里叶模态法。
 光栅级次分析器能够计算全部或特定衍射级次的衍射效率。
 利用VirtualLab光栅工具箱，光栅表面的粗糙度可被加以考虑。因此，由于加工引起的结构差异产生的影响可被估算。