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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。 zOYG`:/'  
./CD W  
SgQ(#y|vV  
 H@sM$8  
任务说明 :b,An'H  
E=ObfN"ge  
m~gcc  
r%`3*<ALV)  
简要介绍衍射效率与偏振理论 R?#.z#  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 Pje 1,B q  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: IB^vEY!`6_  
-v9x tNg  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 5e^z]j1Yv  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: "71Y{WQ   
<'~6L#>,<  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 VL$?vI'  
Z OqD.=O(  
光栅结构参数
!j9(%,PR  
研究了一种矩形光栅结构。 5YXMnYt9  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 +^[SXI^JaJ  
根据上述参数选择以下光栅参数: & z5:v-G?  
光栅周期:250 nm U/-|hfh  
填充因子:0.5 eyos6Qi  
光栅高度:200 nm 1+xi1w}3a  
材料n_1:熔融石英(来自目录) b:$q5  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) e4;h*IQK  
P8 R^46  
zRB LkrC  
-9R.mG  
偏振态分析 m(CsO|pz  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 pJ/{X=y  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 Sre:l'.  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 "P$')u wE  
xiF}{25a  
xj JoWB  
;6`7 \  
模拟光栅的偏振态 /pJr%}sc  
Us3zvpy)o  
h3Nbgxa.  
?_. SV g  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: M[L@ej  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 Z.N9e  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 z\Z+>A  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 jgBJs^JgYG  
a,e;(/#\7  
Passilly等人更深入的光栅案例 vhN6_XD  
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。 wYh]3  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ZpZoOdjslV  
PrF('PH7i  
kWgrsN+Z  
5?TX.h9B4  
光栅结构参数 \# 1p  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 vyT-!mC  
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。 ^O**ZndB/  
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。 ^%qQ)>I=j  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 }p*WH$!~  
\mw5 ~Rf;  
Cm-dos  
光栅#1——参数 $^W|@et{ ]  
假设侧壁倾斜为线性。 U \jFB*U  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 $Y%,?>AL<  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 |j4;XaG)  
光栅周期:250 nm 0I*{CVTQj  
光栅高度:660 nm QV _a M2  
填充因子:0.75(底部) y~ wN:  
侧壁角度:±6° :*J!  
n_1:1.46 %%lJyLq'Vk  
n_2:2.08 ~_ko$(;A  
8>DX :`  
,+FiP{`  
y>ePCDR3  
光栅#1——结果 b3q&CJ4|  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 :PB W=W  
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。 2D"aAI<P  
ilQt`-O!  
  
u`u{\ xN9  
7M$cIWe$  
光栅#2——参数 5B;;{GR  
假设光栅为矩形。 3u9}z+q  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 8B6 -f:  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 iL'j9_w,  
光栅周期:250 nm 3/8<dc  
光栅高度:490 nm ~P"o_b6,k  
填充因子:0.5 ;V84Dy#b  
n_1:1.46 9M@,BXOt  
n_2:2.08 ubl)$jZ:Q  
G1wJ]ar  
 Bm&6  
"fu@2y4^  
光栅#2——结果 B9]bv]  
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。 P3TM5  
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。 cPX^4d~9  
   ^(7Qz&q  
0_-P~^A  
y_2B@cj  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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