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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 -V_iv/fmM  
!Y95e'f.x  
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。 xk/osbKn  
{pR4+g  
O'L9 s>B  
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任务说明 ]aDU*tk  
dJ|/.J$d  
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#JD:i%  
简要介绍衍射效率与偏振理论 I%Yeq"5RB  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 -KA Y  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: \}p!S$`  
wa f)S=  
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。 m5'nqy 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: iS@+qWo1  
z=[?&X]O9b  
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 5?=haGn  
$E,,::oJ  
光栅结构参数
t8:QK9|1  
研究了一种矩形光栅结构。 {n'+P3\T:  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 vS1#ien#  
根据上述参数选择以下光栅参数: 5%#V>|@e#  
光栅周期:250 nm KM:k<pvi  
填充因子:0.5 N7l`-y  
光栅高度:200 nm 3X>x`  
材料n_1:熔融石英(来自目录) u$%;03hJ  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) ~^<1k-  
\ y}!yrQ  
\\d!z-NOk?  
=g3o@WD/G  
偏振态分析 7ZR0cJw;  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 ,3P@5Ef  
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。 EU,f;H  
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。 0vjlSHS;`.  
&WV&_z  
ui .riD[,O  
;%`oS.69  
模拟光栅的偏振态 $O[$<D%H  
]; Z[V  
AbA_s I<;  
L}hc|(:  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: s.IYPH|pn  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 cME|Lg(J$  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 }|9!|Q  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 C &~s<tcn  
$TZjSZ1w  
Passilly等人更深入的光栅案例 xN +Oca  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 sBq6,Iu  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 /t|Lu@&:Xo  
'i;/?'!W6  
]*v [6 +  
+L hV4@zC  
光栅结构参数 N% !TFQf  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 !eP)"YWI3  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 >[r,X$]  
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。 CBKLct>  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 f=T-4Of  
yLgv<%8f  
; nc3O{rU  
光栅#1——参数  sg9  
假设侧壁倾斜为线性。 A?+cdbxJw  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 pybE0]   
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 Z!foD^&R  
光栅周期:250 nm TJ_pMU  
光栅高度:660 nm 8~j1  
填充因子:0.75(底部) M;j)F  
侧壁角度:±6° |E?,hTRe5  
n_1:1.46 T8W;Lb9hQ  
n_2:2.08 0?Bv zfb  
i38`2  
TMw6 EM  
,TlYQ/j%h  
光栅#1——结果 W!o|0u!D  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 1%$Z%?  
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。 IcJQC  
t b>At*tO  
  
5#U=x ,7e  
;2}wrX  
光栅#2——参数 Csf!I@}Z  
假设光栅为矩形。 bR'UhPs-8;  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 oYAHyCkVq  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ` #; "  
光栅周期:250 nm 1"S~#  
光栅高度:490 nm ni?5h5-  
填充因子:0.5 ' '<3;  
n_1:1.46 =:*2t  
n_2:2.08 0)]?@"j  
:6jh*,OHZl  
~s2la~gu  
JXQh$hs  
光栅#2——结果 zGtv(gwk  
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。 9?tG?b0  
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。 trz &]v=:  
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