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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 ^|x{E20  
M P3E]T~:  
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。 2.NzB7c*CM  
ct]5\g?U'  
)kd)v4#  
bh_ALu^CSX  
任务说明 G's/Q-'[\  
BHK_=2WYz  
=-:o?&64  
ck@[% ?  
简要介绍衍射效率与偏振理论 WK=!<FsC$  
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。 2N]y)S_<V  
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: KS| $_-7 u  
i 9b^\&&  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 wWm#[f],?  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: W!Xgse3  
gr S,PKH  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 :J<S-d=  
!BY=HFT  
光栅结构参数
{-E{.7  
研究了一种矩形光栅结构。 bX9}G#+U  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 \fKv+  
根据上述参数选择以下光栅参数: % ,X(GwX  
光栅周期:250 nm L3W ^ip4  
填充因子:0.5 O/<jt'  
光栅高度:200 nm 3oIoQj+D  
材料n_1:熔融石英(来自目录) wHY;Y-(ZT  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) j[z\p~^  
\UE9Ff+{  
HKh)T$IZM  
V}J W@  
偏振态分析 mDq0 1fU4  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 '}OrFN  
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.~5n[W  
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。 MJD4#G  
C qxP@  
XkNi 'GJf  
{:rU5 !n  
模拟光栅的偏振态 }8FP5Z'Cf%  
VJNPs6  
MKH7d/x  
~+d]yeDrhx  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: _I -0[w  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 sn *s7v:  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 7_{x '#7  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 sF|lhLi  
> W0hrt?b  
Passilly等人更深入的光栅案例 w|M?t{  
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。 Ii K&v<(]  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 s$]I@;_  
aE;!mod  
s_kI\w4(x1  
%%f=aPw  
光栅结构参数  KL|B| u  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 PC3wzJ\\S  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 Vxw?"mhP  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 SGbo|Xe7:  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 7N""w5  
In 1.R$O  
$4L=Dg  
光栅#1——参数 S-L6KA{  
假设侧壁倾斜为线性。 e;gf??8}  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 YV2^eGr.  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 NyGF57v[M  
光栅周期:250 nm ~PV>3c3l=  
光栅高度:660 nm }??q{B@v  
填充因子:0.75(底部) Jv7M[SJ#x  
侧壁角度:±6° n_w,Ew,>5  
n_1:1.46 a'A0CQ  
n_2:2.08 1.>` h:  
;Lu}>.t  
;J`X0Vl$  
X~j A*kmAj  
光栅#1——结果 !X,S2-}"  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 LyQO_mT2  
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。 p3Gj=G  
*yJb4uALB  
  
p;'vOb  
11)~!in  
光栅#2——参数 sG}9l1  
假设光栅为矩形。 m+!%+S1  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 qH(2 0Z!  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 o3`Z@-.G  
光栅周期:250 nm EZ=M^0=Hpf  
光栅高度:490 nm {vU '>pp  
填充因子:0.5 ;3-ssF}k*  
n_1:1.46 G/D{K$=t~  
n_2:2.08 E+>;tLw3j  
%?cPqRHJ ~  
bb<Vh2b>R  
F )tNA?p)  
光栅#2——结果 |g9^]bT  
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。 -~xd-9v?  
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。 PJ_|=bn  
   c.XLEjV|  
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