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infotek 2022-06-27 09:14

衍射级次偏振态的研究

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。 U^pe/11)H  
nWXI*%m5  
; UrwK  
,?&hqM\  
任务说明 9HTb  
-8 &f=J)  
|:!0`p{R  
&OI=r vDmo  
简要介绍衍射效率与偏振理论 Tr@`ozp8  
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。 4D58cR}  
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: W!tP sPM  
6Ir ?@O1'!  
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。 0A 4(RLGg  
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: yvH:U5%  
{ReAl_Cm  
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 k(^zhET  
|d%Dw^  
光栅结构参数
W;KHLHp-  
研究了一种矩形光栅结构。 _&F6As !{  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 sp_(j!]jX  
根据上述参数选择以下光栅参数: a'T|p)N.;T  
光栅周期:250 nm ^kt"n( P5  
填充因子:0.5 sgCIY:8  
光栅高度:200 nm 8:t-I]dzk  
材料n_1:熔融石英(来自目录) -CL7^  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) aaaC8;.  
8<]> q  
iicrRGp3  
,YkQJ$  
偏振态分析 8|d[45*q  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 j ^_ G  
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。 Nju7!yVM_  
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。 }*R" yp  
K/%aoTO}  
H<NYm#a"  
%< W1y  
模拟光栅的偏振态 Kjf#uU.7  
'm2,7]  
cA/2,i  
^ g4)aaBZ  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ,#c-"x Y  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 jM7}LV1Ck  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 55!9U:{  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 QPFpGS{d  
*50Ykf  
Passilly等人更深入的光栅案例 R#T6I i  
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。 <4O=[Q5S  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 =vK(-h  
_8S).*  
2XI%4  
/4T%&#6s  
光栅结构参数 .7kVC  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 F(XWnfUv  
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。 |2oB3 \)/  
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。 8wy"m=>=b}  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 CI  @I  
He]F~GXP  
sP+S86 u  
光栅#1——参数 ' l!QGKz  
假设侧壁倾斜为线性。 /NkZ;<uxJ  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 k,@1rOf  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 qkBnEPWZy  
光栅周期:250 nm QWxQD'L'  
光栅高度:660 nm 6Edqg   
填充因子:0.75(底部) 19=Dd#Nf  
侧壁角度:±6° ~z'0~3  
n_1:1.46 Tl1?5  
n_2:2.08 &G"]v]V  
6 XG+YIG6w  
Z7f~|}  
t)m4"p7  
光栅#1——结果 1u` Z?S(  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 Fj&vWj`*  
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。 un /eS-IIh  
,J~1~fg89  
  
6@$[x* V  
Z6*RIdD>  
光栅#2——参数 \ agC Q&  
假设光栅为矩形。 7dakj>JM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Zn^E   
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 rcbixOT  
光栅周期:250 nm vIG,!^*3  
光栅高度:490 nm gTq-\k(  
填充因子:0.5 F?dTCa  
n_1:1.46 q{@Wn]!k  
n_2:2.08 Oh^X^*I$@  
af_zZf!0  
;'Y?wH[  
ysa"f+/  
光栅#2——结果 u)V*o  
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。 }E=kfMu  
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。 J\%:jg( m  
   e,x@?L*  
0N}5sF  
FFkG,XH  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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