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
2024-12-18 14:34
衍射级次偏振态的研究
摘要
c|XnPqo;f
f#?R!pR
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。
@r<w|x}
<_}u5E)7(
YI/vt2
qohUxtnTK>
任务说明
RN;Tqq):
`%VrT`
i=+ "[ h^
gBN;j
简要介绍衍射效率与偏振理论
Ngr7E
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。
:(Gg]Z9^8
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:
+aMPwTF:3
u+N[Cgh
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。
awUIYAgJ3
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:
#qzozQ4
6<2 7}S
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
。
w%htY.-
zKR_P{W>^
光栅结构参数
,JR7N_"I
研究了一种矩形光栅结构。
|zSkQ_?54
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。
) Limt<S
根据上述参数选择以下光栅参数:
6HyQm?c>a
光栅周期:250 nm
]cbY@U3!2
填充因子:0.5
Rh%x5RFFc
光栅高度:200 nm
\'shnzs
材料n_1:熔融石英(来自目录)
cxVnlgq1
材料n_2:二氧化钛(来自目录)
yPW?%7 h
#=h~Lr'UH
Vg0Rc t
!pgkUzMW
偏振态分析
(JOge~U
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。
.(D-vkz'
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。
@hp@*$#& 9
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。
t!v#rn[
2!}5shB
%kUIIHV}
d(<[$3.
模拟光栅的偏振态
|-bAzt
(k4> I"x)
qh{hpX)\D
; &$djP
瑞利系数现在提供了偏振态的信息:
~0eJ6i
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,
。这说明衍射光是完全偏振的。
JHBX'1GQa
对于𝜑=22°,
。此时,67%的光是TM偏振的。
p{gJVP#l'Z
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。
[WW3'= e^
edD1 9A
Passilly等人更深入的光栅案例
。
iLD}>=
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。
@p~f*b4H?
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。
<'f+nC=2
EVX*YGxx6
[,JUC<
k <SFl
光栅结构参数
&?59{B.mD
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。
p,0J $L
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。
-*HR0:H
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。
DC+p s
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。
a*/%EP3
6_}& WjU'
NpqK+GO
光栅#1——参数
*7cc4 wGQ
假设侧壁倾斜为线性。
<l>o6K
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
GE?M. '!{{
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。
<9Sg,ix't
光栅周期:250 nm
BeFCt;
光栅高度:660 nm
4+?d0
填充因子:0.75(底部)
~&{LMf
侧壁角度:±6°
9IfeaoZZ4q
n_1:1.46
N./l\NtZ
n_2:2.08
4 s&9A/&pC
U?/C>g%/PI
iC(&U YL
Wy:xiP
光栅#1——结果
5-[bd I
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。
R-[t4BHn
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。
g._`"c
"fH"U1Bw
E'KKR1t
MqKf'6z
光栅#2——参数
5oOF|IYi
假设光栅为矩形。
{>r56\!F
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
BK*Bw,KQ<
矩形光栅足以表示这种光栅结构。
J n~t>?
光栅周期:250 nm
-mfd ngp3
光栅高度:490 nm
e^%>_U
填充因子:0.5
_]aA58,j
n_1:1.46
F<9S,
n_2:2.08
SW; %2
0pW?v:!H
n,l{1 q
+ 7~u_J
光栅#2——结果
Kf>]M|G c
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。
LkK# =v
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。
99/`23YL
Et0[HotO
QA"mWw-Ds
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