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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。 \2Atm,#4  
WMw^zq?hd@  
y (w&6:  
N& 683z  
任务说明 GjD^\d/  
4gkaCk{]  
VwKo)zH  
lI"~*"c`  
简要介绍衍射效率与偏振理论 8pZGu8  
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。 / 8 0Q  
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\9DtvV  
pDloew  
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。 HJ]9e  
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: z&a>cjt_;  
xh) h#p.  
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}@'FxIF  
JsZLBq*lP  
光栅结构参数
<<5x"W(,  
研究了一种矩形光栅结构。 (+w>hCI  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 &oXN*$/dlJ  
根据上述参数选择以下光栅参数: _q7mYc  
光栅周期:250 nm A0f98 ?j^  
填充因子:0.5 ys~oJb~  
光栅高度:200 nm AwQ7Oz|(  
材料n_1:熔融石英(来自目录) nQ5N\RAZ  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) t<DZW#  
N" =$S|Gs  
a58]#L~  
8v V<A*`  
偏振态分析 B65"jy  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 }JlrWJRi  
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。 \]y /EOT  
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。 zHu w[  
W~i599!v  
=(cfo_B@K  
Ht_7:5v&   
模拟光栅的偏振态 f(Uo?_as  
aSVR +of  
E# UAC2Q  
ucwUeRw,  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: (ibj~g?U,  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 GJo`9  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 E$1P H)  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 31)eDs  
PC55A1(T  
Passilly等人更深入的光栅案例 Y4j%K~ls Y  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 59X'-fg,  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ! a!^'2  
>9i%Yuy](  
agUdPl$e\  
NS3qNj  
光栅结构参数 ^9`S`Bhp  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 /4wPMAlb  
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。 JuM4Njz|  
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。 #-{^={p "  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 qw35LyL  
kBr?Q  
';iLk[  
光栅#1——参数 ;/s##7qf  
假设侧壁倾斜为线性。 FL?Ndy"I  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 'eDV-cB  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 $dkkgsw 7  
光栅周期:250 nm  5JggU  
光栅高度:660 nm DR c-L$bD  
填充因子:0.75(底部) ywkyxt  
侧壁角度:±6° sB+ B,DF  
n_1:1.46 \_|g}&}6Y  
n_2:2.08 hreG5g9{  
 Ds@nuQ  
qx2M"uFJ  
;oGpB#[zO  
光栅#1——结果 q)QM+4  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 cj@ar^=`K  
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。 .\}nDT  
GS&iSjw  
  
a=&{B'^G  
7j~}M(s"  
光栅#2——参数 n1r'Y;G  
假设光栅为矩形。 nz_1Fu>g|  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 G/y;o3/[Z  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ?v@pB>NZ  
光栅周期:250 nm k@Mt8Ln  
光栅高度:490 nm +V;@)-   
填充因子:0.5 =QJI_veUG`  
n_1:1.46 W`gzMx  
n_2:2.08 6#up BF:  
8/BWe ;4  
~Sc{\ZJl  
#2*6esP  
光栅#2——结果 l,@rB+u  
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。 \Jm^XXgS  
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。 cTu"Tu\Qw  
   i&Xjbcbp  
@D+2dT0[M  
Q~zs]{\  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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