基因演算法光柵實驗

當第二次繞射損耗因光柵週期優化而改善後，我們將著手解決於 3.3 節所述 之折射率匹配液損耗問題，搭配 4.2 節之基因演算法來改善此效應。透過基因演 算化我們設計如圖 4- 11 (a)之 10-mm 光柵，估計將再提升約 4%之耦光效率，總 效率約 74%，其結構如圖 5- 11 所示。

圖 5- 11 基因演算法結構於 10 mm 光柵中效率示意圖，A 結構為對稱效率結構，

B 與 B’為基因演算法效率非對稱結構，紫色為金光柵結構，綠色為玻璃基板。

依前節所述之方式如圖 5- 6，將光柵架設於系統中進行內纖衣尺寸 400 μm 之耦光量測，並將其結果紀錄於圖 5- 12 中。實驗所得之耦光效率為 43.00%，比 預期結果(74%)降低約 31%，為了討論耦光效率差異，我們檢視基因演算法製程 光柵結構與內嵌式光柵製程對於耦光效率所造成的差異。

圖 5- 12 基因演算法結構耦光效率圖

在 4.3 節敘述中，內嵌式光柵與基因演算法光柵製程上，在蝕刻過程中兩者 所選擇之抗蝕刻層分別是光阻與金屬鉻，如圖 5- 13 所示，利用光阻作為蝕刻阻 擋層時 [1]，經過乾式蝕刻後所得到之側壁角度為 70°，而利用鉻作為蝕刻阻擋 層得到之側壁角度為 85°。有於此基因演算法光柵實驗之 10-mm 光柵的 A 結構 (圖 5- 11)是根據側壁 70°的最佳效率值設計值製作，而使用鉻為蝕刻阻擋層製程 所產生之側壁為 85°，因此在基因演算法中間區域結構的效率值需要根據圖 4- 5 矩形式光柵結構±1st 階繞射光效率之寬度與深度關係圖中之圓點計算，模擬結果 之效率只有 67.4%(原始最佳效率 90.04%)，是導致本實驗效率未達預期原因之一。

(a) (b)

圖 5- 13 側壁蝕刻角度 SEM 圖, (a)內嵌式光柵側壁蝕刻角度 [1], (b) 基因演算法 光柵側壁蝕刻角度。

另外我們也檢視圖 5- 11 中之 B 結構在製程上是否能夠實現。在圖 5- 14 中，

左側為一 300 μm × 300 μm 之 B 結構，其拍攝倍率為 250 倍(白色尺標為 100 μm)，

右側圖拍攝倍率為 15,000 倍(白色尺標為 1 μm)右上圖為淺色區域中為完整的理 想結構，但是在右下圖深色區域卻發現較細線寬之結構無法實現，導致基因演算 法結構特色在本實驗中無法有顯著之效果。

圖 5- 14 基因演算法結構 SEM 圖，左圖拍攝倍率為 250 倍，右上及右下圖拍攝 倍率為 15,000 倍。

為了使基因演算法結構光柵能夠實現，並且提升耦光效率，我們必須在 10-mm 光柵結構之寬度與深度值須使用 4.1.2 節中之垂直側壁結構最佳值設計製作，

以提升光柵整體結構之效率；在 10-mm 光柵兩側區域 B 結構部分，需要在製程 步驟中改善，例如在電子束顯影時之 dose time 校正、lift off 製程中使用較緩和 方式掀離光阻等，使得基因演算法結構能夠完整及均勻地實現。