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    [技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-01-09
    摘要 lF!Iu.MM 9  
    I`EgR?5 `  
    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。 X3rvM8  
    <2 S?QgR,  
    ;923^*\:F{  
    =%oKYQ  
    任务说明 Hsz).u  
      |HB  
    8VZLwhj  
    00@y,V_]  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 \~'+TW  
    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。 ziui  
    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: SiSx ym  
    M]OZS\9.B  
    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。 2:& [r*  
    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: 5R7DD5c[  
    w B[H &  
    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 o9uir"=  
    j#E&u*IR  
    光栅结构参数 `=cOTn52  
    研究了一种矩形光栅结构。 :i:M7}r  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 j /=4f�  
    根据上述参数选择以下光栅参数: ^{Y9!R*9U*  
    光栅周期:250 nm Og~3eL[1%C  
    填充因子:0.5  6,;7iA]  
    光栅高度:200 nm >0qe*4n|M  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) ]pP [0 S  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) lVQy {`Ns  
    Vy[ m%sEP  
    I<ta2<h  
    iSxuor ^;  
    偏振态分析 2DTBL:?`  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 p/!P kKJ  
    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。 o>Jr6: D(  
    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。 7cJh^M   
    <:UP  
    -Lbi eS%  
    gT~Yn~~b  
    模拟光栅的偏振态 T.p:`}Ma  
    Sx3R 2-!Z  
    /{d5$(Y"  
    11 >K\"K}  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: h\i>4^]X.  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 !%4&O  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 Td6"o&0A!  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 1WW`%  
    B#U:6Ty  
    Passilly等人更深入的光栅案例。 WMLsKoby  
    Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 i+HHOT  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 "~&d= f0m  
    I,xV&j+<  
    d=_Wgz,d  
    =^LX,!2zp{  
    光栅结构参数 )2jBhT  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 {g(-C&  
    由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 %VD>S  
    由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 oH|<(8efD  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 %>G(2)Fb\\  
    JxM[LvVi  
    gP?uLnzvi  
    光栅#1——参数 =icynW^Fr  
    假设侧壁倾斜为线性。 b];p/V# <  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Ce0YO~I  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 7#BU d/  
    光栅周期:250 nm y`OL^D4  
    光栅高度:660 nm .\X;VWTI  
    填充因子:0.75(底部) 5#v|t\ {  
    侧壁角度:±6° R~R?0aq  
    n_1:1.46 hh<Es|v  
    n_2:2.08 ]wQ#8}zO  
    eJ23$VM+9  
     qg+bh  
    <8Zm}-U  
    光栅#1——结果 \Y{^Q7!>:8  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 =7U_ jDME  
    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。 D!oELZ3  
    ?{ 0MF  
       ny]R,D0  
    1/H9(2{L  
    光栅#2——参数 xC,;IS k,  
    假设光栅为矩形。 ?Hd/!I&  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _26<}&]b*  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 @N-P[.qL"  
    光栅周期:250 nm RN%*3{-  
    光栅高度:490 nm 4/Yk;X[jk  
    填充因子:0.5 >;A7mi/  
    n_1:1.46 kCu"G  
    n_2:2.08 G-)Q*p{i|  
    `]8z]PD  
    18AKM  
    d}.*hgk  
    光栅#2——结果 $# /-+>  
    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。 h8Bs=T  
    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。 FesXY856E  
       D# "ppa}  
     
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