首页
->
登录
->
注册
->
回复主题
->
发表主题
光行天下
->
讯技光电&黉论教育
->
衍射级次偏振态的研究
[点此返回论坛查看本帖完整版本]
[打印本页]
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~"
ZuWhgnp
qPi $kecx
f-^*p
偏振态分析
"r;cH5 3
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。
Tq*<J~-
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。
ZwxEcs+UM
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。
c>c3qjWY/
)(YJ6l
U1 3Lsky%
Z 9cb
模拟光栅的偏振态
9*JxP%8T~X
StR)O))I
S&=@Hj-
LDw.2E
瑞利系数现在提供了偏振态的信息:
PRYm1Y
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,
。这说明衍射光是完全偏振的。
J7wwM'\
对于𝜑=22°,
。此时,67%的光是TM偏振的。
.FYRi_Zd
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。
41B.ZE+*qd
QHXpX9
Passilly等人更深入的光栅案例
。
~K)FuL[*
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。
6_8y Q
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。
LkafB2y
} j6|+
_Q\rZ l
|]:6IuslJ
光栅结构参数
U3aM^
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。
%26HB w=JF
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。
.2P3 !KCL
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。
tOF8v8Hd
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。
l YdATM(h
i5WO)9Us
taVK&ohWx
光栅#1——参数
Z[RifqaBby
假设侧壁倾斜为线性。
1*#hIuoj'
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
@d5t%V\
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。
w4^$@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
查看本帖完整版本: [--
衍射级次偏振态的研究
--] [--
top
--]
Copyright © 2005-2025
光行天下
蜀ICP备06003254号-1
网站统计