严格耦合波方法计算立体正弦光栅衍射效率

为了研究振幅型光栅的衍射效率,运用严格耦合波方法建立立体正弦透射光栅的计算模型。用Matlab软件编程计算衍射效率,并模拟了光栅层附近区域内的光场振幅和相位分布。计算结果表明模型衍射效率与平面的正弦型光栅有差别,其与周期,光栅厚度相关;在一定条件下两者非常接近。

利用严格耦合波方法研究多层介质膜光栅掩膜特性

从理论和实验上研究了多层介质膜光栅掩膜特性,用严格耦合波(RCW)法对由光栅掩膜槽形和多层膜介质基底引起的衍射效率的变化进行了理论分析,计算得出不同形貌下的光栅掩膜的反射0级光谱衍射效率分布。在实验检测方法上,采用了0级反射光衍射效率分布来进行槽形判断,并将实验结果和理论计算进行了对比。结果证明使用该方法研究光栅掩膜形貌在一定程度上是有效的。

光栅衍射特性的耦合波分析、计算与讨论

本文从麦克斯韦方程组及电磁场边界条件出发,推导了广泛应用于各类光栅衍射问题的矢量分析方法——严格的耦合波分析方法。针对光栅的衍射特性,编写了基于严格的耦合波分析方法的计算程序,并以TE模情形为例对光栅的衍射效率和收敛性作了数值计算。结果表明,当谐波数不断增加,即便对于厚光栅(d/λ>10)情形,光栅的衍射效率仍将收敛于某一确定值。

工作波长为1050 nm高透亚波长光栅的设计

高透射性的亚波长光栅可扩大微机电可调谐垂直腔面发射激光器的波长调谐范围,而使波长调谐范围达到最优,就需要亚波长光栅的透射率最大,这需要优化光栅参数。利用严格耦合波方法,结合遗传算法,设计了一种1050 nm波长亚波长光栅结构。计算分析得出:对于TE偏振,在光栅周期为204 nm、占宽比为0.19、槽深为142 nm的结构参数下,透射率可高达99.99%;对于TM偏振,在周期为169 nm、占宽比为0.72、槽深为138 nm的结构参数下,透射率可高达99.99%。通过分析结构参数对光栅透射率的影响,证明该光栅结构对周期、占宽比、槽深具有优良的工艺容差。该设计方法的运用简单快速,能够避免陷入局部最优,且具有较强的通用性,可为其他类似光栅的优化设计提供借鉴。

自溯源光栅衍射效率的分析与研究

基于矢量衍射理论并采用严格耦合波方法建立了一种新型的自溯源光栅正弦结构及入射条件与衍射效率的理论模型;通过控制变量法分析了自溯源光栅结构参数、激光入射条件对衍射效率的影响规律;搭建了光栅衍射效率测量系统;结合光栅方程,计算了不同Littrow角对应的衍射效率。仿真结果表明:入射波为TM偏振态、入射波长为420 nm、入射角为80°时,自溯源光栅-1级衍射效率处于峰值状态,为4.3%;在Littrow结构中,入射波为TM偏振态、入射波长为415.51 nm、Littrow角为77.5°时,自溯源光栅-1级衍射效率达到最大,且接近非Littrow角对应的自溯源光栅的峰值衍射效率。实验结果表明:入射波为TM偏振态、入射波长为405 nm、入射角从65°~85°改变时,自溯源光栅的衍射效率呈上升到平稳再下降的趋势,67°~80°改变时,其衍射效率达到平稳最大值,其结果为0.6%左右,其衍射效率变化趋势与理论计算结果一致。

基于高级硅刻蚀和硅氧化工艺的软X射线干涉光刻分束光栅的优化设计

基于严格的矢量耦合波方法,对13.4nm(92.5eV)软X射线正入射于周期140nm的Si光栅和SiO2光栅的一级衍射效率进行了模拟计算,结果表明SiO2光栅的最大一级衍射效率远比Si光栅高,同时也比目前用于13.4nm软X射线干涉光刻的Cr/Si3N4复合光栅高。本文提出用高级硅刻蚀工艺和硅氧化工艺制作深高宽比纳米级SiO2光栅的新方法,可以解决直接刻蚀制作此光栅难度大的问题,适用于制作上海光源(SSRF)软X射线干涉光刻分束光栅。

Si衬底表面圆柱形抗反射周期微结构的设计及制作

应用严格耦合波分析方法(RCWA),在本征硅片衬底表面设计并制作了一种圆柱形抗反射微结构元件。通过MATLAB软件模拟仿真确定其最优参数组合,使反射率设计值为3%。应用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术制作了单面和双面的圆柱形微结构,根据结果得到射频功率、气体流量及工作气压对微结构侧壁陡直度及形貌具有很大影响。还分析比较了形状(t为实际柱顶面直径与底面直径之比)与反射率的关系。采用热场发射扫描电子显微镜对该结构进行形貌表征,综合显微成像红外光谱仪对反射率进行测量。实验结果:制作了单面、双面微结构与无结构本征硅片反射率做比较双面圆柱形微结构的抗反射效果最好,反射率达8%左右,基本达到抗反射设计要求。

采样光栅设计与衍射行为分析

从一维矩形光栅的衍射特性分析开始,将一维矩形光栅结构作一定的改变设计出采样光栅。将设计出的变周期采样光栅作适当的近似处理,然后用严格的耦合波分析方法对它的衍射特性进行了详细分析。

介质反射光栅中多层膜计算的研究

介绍了采用增强透射矩阵进行计算的严格耦合波方法,将这种方法应用到介质反射光栅的多层膜计算中。通过与商用软件计算结果的对比,证明这种计算方法的计算结果是准确可信的。与已有的计算方法比较,该方法简化了介质反射光栅的计算工作。

衍射光栅分析软件构建与使用

详细介绍了一套自主开发设计,基于标量衍射理论和严格耦合波分析方法,运行于Matlab平台下的衍射光栅分析软件,它将各种各样的光栅按照面形结构的不同,分类进行分析。首先简要介绍了Matlab环境中软件的构建步骤,对一些关键命令作了简要说明。然后对本软件所具有的功能一一举例,详细说明软件的使用方法。

一种具有亚波长光栅结构的光探测器的设计

高速智能光纤通信系统和网络的飞速发展对光电探测器提出了更高要求。利用严格耦合波(RCWA)理论,给出了在亚波长光栅(SWG)下方具有分布布拉格反射镜(DBR)结构的理论分析模型,将这种结构作为反射镜应用于谐振腔增强型光探测器(RCE PD)的设计中。仿真表明由于SWG的引入,只需要4对λ/4厚度的InGaAsP/InP系DBR,可使整体膜系结构实现在中心波长1.55 μm处反射率达到99.7%,在1.40μm至1.62μm范围内反射率高于99%。引入SWG后的RCE PD在1.55μm附近的量子效率接近90%,串扰衰减系数与量子效率的乘积超过15 dB。有效地解决了InGaAsP/InP介质膜系DBR作为谐振腔反射镜反射率低、反射带宽窄的问题。

斐波纳契数列准周期微结构光吸收特性

设计了一种按斐波纳契数列排列的准周期光学微结构。在TM偏振模式下,运用严格耦合波分析（RCWA）方法,对光学微结构的光吸收率进行了数值计算。讨论了斐波纳契级数、占空比以及镀膜的厚度3种因素对微结构光吸收效率的影响。得出在AM1.5太阳能光谱辐照度下,当斐波纳契级数为S3、占空比f=0.7以及镀膜厚度t=20nm时,该结构在300～1100nm波段内最高平均吸收率可以达到95.17%,说明在太阳能电池表面抗反射层应用方面具有很大的潜力。

基于亚微米光栅透射共振蛋白质检测模型研究

建立了一种基于亚微米光栅透射共振理论的蛋白质检测模型,设计了一种金属光栅型蛋白质检测生物传感器,运用光栅耦合激发表面等离子体共振理论对提出的模型进行了理论分析,通过计算机计算模拟,分析了蛋白质样品折射率、厚度等对透射率的影响。结果表明:透射率与样品折射率、厚度呈二阶多项式关系,并且厚度、折射率都随灵敏度的增加而增加。这种检测模型可应用在蛋白质检测传感方面。基于此方法的蛋白质检测模型具有同时检测蛋白质种类和含量、灵敏度高、实时、无需标记,便于集成芯片化,适用于批量生产、成本低等优点,在蛋白质芯片、生物分析、环境监测、生物器件研发等方面具有广泛的应用前景。

13．4nm软X射线干涉光刻透射光栅的优化设计

基于严格的矢量耦合波方法,结合纳米级光栅实际制作工艺,定量分析了在13.4 nm软X射线(TE偏振)正入射条件下,光栅材料、厚度、占空比、梯形浮雕底角大小等因素对光栅一级衍射效率的影响。结果表明,在此波段处,Si3N4、Cr、Au浮雕的相位作用对光栅衍射起重要影响,其中非金属材料Si3N4比金属材料Cr、Au的相位作用更明显。最后优化得到了用Si(或Si3N4)做衬底的Si3N4、Cr、Au光栅,分析结果显示,其一级衍射效率优于目前用于13.4 nm软X射线干涉光刻的Cr、Si3N4复合光栅。

大面积10000线/毫米软X射线金属型透射光栅的设计、制作与检测

基于严格的矢量耦合波理论,优化设计了用于13.4 nm软X射线干涉光刻的透射型双光栅掩模版.采用电子束光刻技术,在国内首次成功制作了周期为100 nm的大面积金属型透射光栅.光栅面积为1.5 mm×1.5 mm,Cr浮雕厚度为50 nm,Gap/period为0.6,衬底Si3N4厚度为100 nm.此光栅将用于上海光源软X射线干涉光刻实验站.利用其1级衍射光和2级衍射光将可以经济高效地制作周期为50和25 nm的大面积周期结构.最后,测量了该光栅对波长为13.4 nm同步辐射光的衍射光强度,并且推算得出该光栅的1级和2级衍射效率分别为4.41%和0.49%,与理论设计值比较符合.实验结果与理论模拟结果的对比表明该光栅侧壁陡直,Gap/period的控制也与设计值符合.