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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。 > 3x^jh  
m> +  
{;Hg1=cm  
xJw" 8V<  
任务说明 hpQ #`rhn  
gK~Z Ch  
. AA# G  
Q1Qw45$  
简要介绍衍射效率与偏振理论 @|;[ ;:h@  
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。 K'2N:.D:  
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: Z:^<NdKe  
`yq) y>_  
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。 H,<CR9@(5d  
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: 7kD?xHpe  
#IGcQY  
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 *0oa2fz%  
V|A.M-XLv4  
光栅结构参数
1/\Xngd  
研究了一种矩形光栅结构。 S7J.(; 82  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 -N/n|{+F  
根据上述参数选择以下光栅参数: Vel(+HS  
光栅周期:250 nm fFVQu\  
填充因子:0.5 7h(  
光栅高度:200 nm tYMr  
材料n_1:熔融石英(来自目录) ~i?Jg/qcxN  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) t{UWb~"  
ZuWh gnp  
qPi $kecx  
f-^*p  
偏振态分析 "r;cH53  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 Tq* <J~-  
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。 ZwxEcs+UM  
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。 c>c3qjWY/  
)( YJ6l  
U1 3Lsky%  
Z 9cb  
模拟光栅的偏振态 9*JxP%8T~X  
StR)O))I  
S&=@Hj-  
LDw.2E  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: PRYm1Y  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 J7wwM'\  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 .FYRi_Zd  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 41B.ZE+*qd  
QHXpX9  
Passilly等人更深入的光栅案例 ~K)FuL[*  
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。 6_8yQ  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 L kafB2y  
}j6|+  
_Q\rZ l  
|]:6IuslJ  
光栅结构参数 U3aM^  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 %26HB w=JF  
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。 .2P3 !KCL  
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。 tOF8v8Hd  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 l YdATM(h  
i5WO)9Us  
taVK&ohWx  
光栅#1——参数 Z[RifqaBby  
假设侧壁倾斜为线性。 1*#hIuoj'  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @d5t%V\  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 w4^ $@GtN  
光栅周期:250 nm ),o=~,v:  
光栅高度:660 nm cjLA7I.O  
填充因子:0.75(底部) pxbuZ9w2Q  
侧壁角度:±6° #~rQ\A!4  
n_1:1.46 b V_<5PHP  
n_2:2.08 z {NK(oW  
$Zi {1w  
lS2 `#l>  
=L"I[  
光栅#1——结果 INCanE`+  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 Mu" vj*F  
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。 Nb0T3\3W  
a*,V\l|6  
  
djdSD  
Uu`}| &@i  
光栅#2——参数 t1#f*G5  
假设光栅为矩形。 C3<_0eI  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 O"[#g  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 C-Y7n5  
光栅周期:250 nm Q\^BOdX^`  
光栅高度:490 nm 'o8,XBv-  
填充因子:0.5 /HSg)  
n_1:1.46 \u/=?b  
n_2:2.08 H!y-o'Z  
dDYor-g>  
Tz(Dhb,  
]VN1Y)  
光栅#2——结果 wC<FF2T  
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。 0KZsWlD:L  
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。 {!4ZRNy(k  
   'F1<m^  
p2GN93,u@P  
3\B~`=*q/  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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