[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 e`bP=7`
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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 o(eh.  
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任务说明 2U&+K2  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 hUe\sv!x?  
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 {Lugdf'  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： BE)&.}l  
*X8Pa;x  
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 cQrXrij;!  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： &?Z<"+B8S  
Xh@;4n  
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 x\aCZ  
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光栅结构参数 g4&f2D5  
研究了一种矩形光栅结构。 <{IeCir  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 0y3C />a  
根据上述参数选择以下光栅参数： cS(=wC  
光栅周期：250 nm FB2{qG3  
填充因子：0.5 yi*EE%  
光栅高度：200 nm  3 EOuJ  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 2?kVbF  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） -FQc_k?VF  
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*0x!C8*`Xe  
~T!D:2G  
偏振态分析 ;jh.\a_\  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 qAi:F=> X  
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ufo\p=pGG  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 \d-9Ndp nf  
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模拟光栅的偏振态 xtK}XEhG!  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： }c=YiH,o  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 zQoJ8i>  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 /$^SiE+N  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 zqxN/H]z  
0Ok[`r`  
Passilly等人更深入的光栅案例。 aB{OXU}#  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 N`O0jH{  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Kh{_Bd
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vHN/~k#  
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光栅结构参数 
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I[  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 HG^
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由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 wlpcuz@  
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 .J?RaH{i  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 lL&p?MUp  
^ #3,*(S  
7%W@Hr,%F  
光栅#1——参数 2]}e4@{  
假设侧壁倾斜为线性。 2=$ F*B>9  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 |-xKH.'n  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 m}t`43}QE  
光栅周期：250 nm ;ZTh(_7  
光栅高度：660 nm g{JH5IZ~  
填充因子：0.75（底部） \~.elKw<U  
侧壁角度：±6° YGhHIziI  
n_1：1.46 U["IXR#  
n_2：2.08 40$9./fe)  
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X/H2c"!t  
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光栅#1——结果 ~R7{gCqdr  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ,irc=
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与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 A:*$rHbzl  
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光栅#2——参数 R^rA.7T  
假设光栅为矩形。 n6{nx[%7N7  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 /Q'O]h0a  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 )6 K)UA  
光栅周期：250 nm :-~x~ah-  
光栅高度：490 nm aZCxyoh+  
填充因子：0.5 a KIS%M#Y  
n_1：1.46 >Sm#-4B-  
n_2：2.08 $it>*%  
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光栅#2——结果 ^?T,>ZI  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 \>+BvF  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 F2v9XMi  
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