Rigorous electromagnetic theory of the optical response of periodic nanostructures
Rigorózní elektromagnetická teorie optické odezvy periodických nanostruktur
diploma thesis (DEFENDED)
View/ Open
Permanent link
http://hdl.handle.net/20.500.11956/98907Identifiers
Study Information System: 114302
Collections
- Kvalifikační práce [10932]
Author
Advisor
Consultant
Veis, Martin
Referee
Richter, Ivan
Faculty / Institute
Faculty of Mathematics and Physics
Discipline
Mathematical modelling in physics and technology
Department
Institute of Physics of Charles University
Date of defense
11. 6. 2018
Publisher
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakultaLanguage
English
Grade
Excellent
Difrakce světla je významný jev se širokým využitím ve fyzice a v inženýrských aplikacích. Difrakční mřížky jsou optické komponenty s periodickou strukturou, které se využívají k difrakci světla do několika paprsků pohybujících se různými směry. Přímé metody jako AFM nebo SEM, běžně používané pro studium difrakčních mřížek, nejsou vhodné pro přesné určení parametrů planární mřížky a musí být doplněny o výsledky získané pomocí optické spektroskopie. Nedílnou součástí optické spektroskopie jsou počítačové simulace. Tato práce je zaměřena na dvě konkrétní simulační metody - RCWA a C-Metodu. Obsahuje komplexní teoretický úvod včetně diskuse slabin těchto metod a také popisuje úpravu RCWA s použitím Airyho řady a správně provedené Fou- rierovské faktorizace. Obě metody jsou implementovány, otestovány na jednoduchých příkladech, a následně je studována jejich konvergence. C-Metoda i upravený RCWA algoritmus velmi dobře konvergují. Poslední kapitola práce obsahuje porovnání numerických výsledků s experimentem. Numericky vypočtené elipsometrické křivky se shodují s těmi experimentálními. 1
The diffraction of light is an important phenomenon with wide physical and engineering appli- cations and diffraction gratings are optical components with a periodic structure which are used to diffract light into several beams propagating in various directions. Direct methods like AFM or SEM proved to be insufficient to study the shape of planar diffraction gratings and therefore they must be supplemented with results obtained from optical spectroscopy. Computer simulations are the integral part of this method. This Thesis is focused on two particular simulation methods - the RCWA and the C-Method. It gives a rich theoretical introduction, discusses the weaknesses of these methods and also describes improvements of the RCWA using the Airy-like series and proper Fourier factorization. Both methods are implemented, tested on simple examples and af- terwards the convergence for particular cases is investigated. The C-Method and the modified RCWA algorithm exhibit excellent convergence. At the end, the numeric results are compared with experiments, giving a very good agreement in the ellipsometric parameters. 1