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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要  9t$#!2z  
yV"k:_O{  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 AS1#_f C  
GgT 5'e;N  
1`6kc9f.  
tL#~U2K  
任务说明 |)TI&T;k  
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b@v_db]|t.  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 "mk@p=d  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 x."R_>  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: 8NF93tqD6  
q\DN8IJ  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 *r)/Vx`S  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: bm>N~DC  
K UD.hK.  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 Ppton+?(  
I3I1<}>]Z  
光栅结构参数
og[cwa_  
研究了一种矩形光栅结构。 9-/u _$  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 7y?aw`Sw:  
根据上述参数选择以下光栅参数: d/&W[jJ  
光栅周期:250 nm +x!Hc  
填充因子:0.5 Wg5<@=x!G  
光栅高度:200 nm ']bw37_U,  
材料n_1:熔融石英(来自目录) kuq&8f~!  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) Q6 oM$qiM  
Tv[h2_+E  
zH5pe  
:~^_*:  
偏振态分析 @k-C>h()C  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 +,Ud 3iS  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 9}|x N8  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 WEaG/)y  
P.y06^ X}A  
IRknD3LX  
BQ:hUF3  
模拟光栅的偏振态 F$sDmk#  
)Fsc0_  
\<aR^Sj.  
P @Jo[J<  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Q]{ `m  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 %f?Z/Wn  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 7gc?7TM  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ,+4*\yI3l  
ey]WoUZ  
Passilly等人更深入的光栅案例 n \i ~H  
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。 '" 4;;(  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 `Sx1?@8(  
J))U YJO  
[.Rdq]w6  
^ 'ws/(  
光栅结构参数 gF>t+"+ x  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ;Rf@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。 Xaw ~Hh)  
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。 &J\<"3  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 4KX\'K  
|s'5 ~+  
6b1AIs8  
光栅#1——参数 b5S4C2Ynq  
假设侧壁倾斜为线性。 R=J5L36F  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 P,rD{ 0~  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 #9glGPR(  
光栅周期:250 nm +>ld  
光栅高度:660 nm K=Z.<f  
填充因子:0.75(底部) /o^/ J~/3  
侧壁角度:±6° Aw]kQ\P&  
n_1:1.46 'Rb tcFb   
n_2:2.08 }60/5HNr  
f+lPQIB  
cN:dy#  
I8/tD|3  
光栅#1——结果 Mi} .  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 kIR/.Ij}  
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。 &;naaV_2T  
+i~kqiy.  
  
IuY4R0Go  
|s,y/svp  
光栅#2——参数 j}O7fLRu  
假设光栅为矩形。 w! PguP  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?IG[W+M8  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 s6QD^[  
光栅周期:250 nm w$Z%RF'p  
光栅高度:490 nm *\Lr]6k  
填充因子:0.5 ^ X-6j[".  
n_1:1.46 @R Jr ~y0  
n_2:2.08 Z7NR%u_|[  
<1#hX(Q  
uO)vGzt3^x  
}]Nt:_UCX  
光栅#2——结果 7h.fT`  
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。 4t-l@zFWb  
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。 1H?I?IT30  
   &`,Y/Cbw  
V`8\)FFG  
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