[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 y_)FA"IkE  
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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。 JF]JOI6.e  

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任务说明 hH.G#-JO  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 \8tsDG(1 '  
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。 +ZYn? #IQ  
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： ]e3Ax(i)  
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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。 KvSG;  
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： HW|IILFB
 
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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-c"%Z|  
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光栅结构参数 ,4rPg
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研究了一种矩形光栅结构。 -Za/p@gM  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 pAEx#ck  
根据上述参数选择以下光栅参数： ?2a$*(  
光栅周期：250 nm INf&4!&h  
填充因子：0.5 L];b<*d  
光栅高度：200 nm Efe 7gE'  
材料n_1：熔融石英（来自目录） 5;?yCWc  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） y(Td/rY.  
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偏振态分析 J,G lIv.A  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 |qLh5Ty  
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。 qR.Q,(b|  
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。 X]=t>
 
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模拟光栅的偏振态 PH"%kCI:  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 0c&+|>!  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 )Z$!PqRw@u  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 l0] EX>"E  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Q\)F;:|  
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Passilly等人更深入的光栅案例。 |}1dFp  
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。 E4!Fupkpf  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Al'3?  
P2!C|SLK  
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光栅结构参数 m*;ERK  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 +V+a4lU14  
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。 d3Rw!slIq  
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。 DJir{ \F  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 5IN(|B0  
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光栅#1——参数 _
U0f=m  
假设侧壁倾斜为线性。 S$3JMFA  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 "j-CZ\]U|  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 q;U,s)Uz^  
光栅周期：250 nm X.V~SeS  
光栅高度：660 nm q=G+Tocv  
填充因子：0.75（底部） &{RDM~  
侧壁角度：±6° zJXplvaL;  
n_1：1.46 j9,P/K$:w  
n_2：2.08 !c-*O<Y  
*kVV+H<X|b  
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光栅#1——结果 ':}\4j&{E  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ]d`VT)~vje  
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 bfO=;S
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   &?vgP!d&M  
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光栅#2——参数 \f)#>+X-  
假设光栅为矩形。 ~4"dweu?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 x:7IIvP  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 4sM.C9W  
光栅周期：250 nm }i2V.tVB-  
光栅高度：490 nm bxWa oWE0  
填充因子：0.5 <| &Np
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n_1：1.46 d1kJRJ   
n_2：2.08 ap~^Ty<>  
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光栅#2——结果 &0f,~ /%Z  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 }-fl$j?9E  
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。 80;(Gt@<"  
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