Отражение и прохождение циркулярно-поляризованного света для слоистой периодической системы с распределенными дефектами

Диагностика неоднородных структур с помощью поляризованного оптического излучения позволяет получить важную информацию как для изучения самих объектов, так и для практического использования таких структур. В работах [2–4] проводится анализ оптических свойств тонких пленок с использованием циркулярно-поляризованного света. Особый интерес представляют периодические слоистые структуры, образующие одномерный фотонный кристалл [1]. Идеальные периодические структуры обладают характерными спектрами отраженного и прошедшего света, на фоне которых особенно ярко выделяются особенности, связанные с наличием дефектов в периодической структуре [5–7; 9]. Применение распределенных дефектов в идеальной периодической структуре приводит к возможности получения уникальных устройств для преобразования оптических параметров падающего на такую структуру излучения [8]. В данной работе проводится обобщение модели структуры с распределенными дефектами, предложенными в [8], на случай наклонного падения света и применения света круговой поляризации. Такое обобщение дает более

широкие возможности изучения отклика исследуемой системы на воздействующее поляризованное излучение для практических применений таких периодических структур с распределенными дефектами.

1.    Постановка задачи

На периодическую слоистую систему, состоящую из 10 пар слоев, под углом fi падает циркулярно поляризованный свет. В данной системе распределено 4 дефекта – см. рис. 1. Расчет проводился для следующих значений параметров: 1-й слой в периодической паре – диэлектрическая проницаемость S i = 11,22, толщина слоя d i = 0,116 ц , 2-й слой в периодической паре - S 2 = 8,35, d ₂ = 0,134 ц . Параметры дефекта: s def = 25, толщина слоя дефекта d def = 2,668 ц . Длина волны падающего света Х = 1,55 ц . Требуется провести расчет спектральной и угловой зависимости энергетических коэффициентов отражения и прохождения, а также параметров эллипсометрии.

2.    Метод расчета

В качестве основного диагностического метода используется метод эллипсометрии. Эллипсо-

метрические параметры р и Л определяются в данной работе как модуль и аргумент комплексного параметра р , являющегося отношением амплитудных коэффициентов отражения для p- и s-поляризации:

р =р ^е' ^Л= R p-.

С помощью метода характеристических матриц [7] проводится расчет энергетических коэффициентов отражения и прохождения как функции длины волны падающего света, а также как функции угла падения. Кроме этого, рассчитываются амплитуды отраженной и прошедшей волн, по ним рассчитываются соответствующие эллипсометрические параметры.

3.    Результаты расчетов

Результаты расчета представлены на рис. 2–7.

4.    Обсуждение результатов

Из приведенного анализа мы видим, что слоистая периодическая среда с распределенными дефектами обладает ярко выраженными зависимостями от угла падения света и от его длины волны. Этот результат предоставляет возможность для использования такой слоистой структуры для целей преобразования параметров излучения.

Рис. 1. Периодическая слоистая система с распределенными дефектами

Fig. 1. Periodic layered system with distributed defects

Особенно следует отметить поведение второго эллипсометрического параметра Л . Как видно из рис. 4, 5 и 7, этот параметр при определенных значениях длин волн и углах падения переходит через нулевые значения. Как показано в наших работах [6; 7], это означает смену поляризации с одной на другую – с левой эллиптической на правую эллиптическую и наоборот. Такое свойство спектров параметров эллипсометрии позволяет использовать его в практических целях для создания устройств, изменяющих поляризацию света.

Рис. 2. Зависимость эллипсометрического параметра р от длины волны для значений углов падения fi = 0 ° и fi = 45 °

Fig. 2. Dependence of the ellipsometric parameter р on the wavelength for the values of the angles of incidence fi = 0 ° and fi = 45 °

Рис. 3. Зависимость эллипсометрического параметра р от длины волны для значений углов падения fi = 0 ° и fi = 85 °

Fig. 3. Dependence of the ellipsometric parameter р on the wavelength for the values of the angles of incidence fi = 0 ° and fi = 85 °

Рис. 4. Зависимость эллипсометрического параметра А от длины волны для значений углов падения fi = 0 ° и fi = 45 °

Fig. 4. Dependence of the ellipsometric parameter А on the wavelength for the values of the angles of incidence fi = 0 ° and fi = 45 °

Рис. 5. Зависимость эллипсометрического параметра А от длины волны для значений углов падения fi = 0 ° и fi = 85 °

Fig. 5. Dependence of the ellipsometric parameter А on the wavelength for the values of the angles of incidence fi = 0 ° and fi = 85 °

Рис. 6. Угловые спектры эллипсометрического параметра р для трех значений длины волны Х = 1,4 ц , Х = 1,7 ц , Х = 1,8 ц

Fig. 6. Angular spectra of the ellipsometric parameter р for three wavelength values X = 1,4 ц , X = 1,7 ц , X = 1,8 ц

Рис. 7. Угловые спектры эллипсометрического параметра ∆ для трех значений длины волны λ= 1,4 µ , λ= 1,7 µ , λ= 1,8 µ

Fig. 7. Angular spectra of the ellipsometric parameter ∆ for three wavelength values λ= 1,4 µ , λ= 1,7 µ , λ= 1,8 µ

Заключение

В работе показана высокая чувствительность эллипсометрического метода при анализе спектров

отраженной световой волны от слоистой периодической структуры с распределенными дефектами. Отмечена возможность управления характером поляризации света с помощью такой структуры.