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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 1gp3A  
s&S8P;K|  
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。 7&G[mOx0  
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tN|sHgs  
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任务说明 Va"_.8n|+  
% R~9qO  
v'`9^3(-  
oD,f5Ci-  
简要介绍衍射效率与偏振理论 B 95}_q  
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。 ;$W/le"Xr  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: dbGW`_zQ4  
[0 7N<<  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 SJ1 1LF3)  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: |Ia3bV W  
;czMsHu0X  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 Yck(Fl  
YIA}F1:  
光栅结构参数
4ew|5Zex.~  
研究了一种矩形光栅结构。 't=\YFQ*v  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 ADRjCk}I  
根据上述参数选择以下光栅参数: -A}*Aa'\  
光栅周期:250 nm CQfrAk4mu  
填充因子:0.5 ShanwaCDqv  
光栅高度:200 nm Y >-|`2Z  
材料n_1:熔融石英(来自目录) UJkg|eu  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) >`DbT:/<  
jh.W$.Oq  
:u#Ls,OZz  
;J pdnV  
偏振态分析 VAf~,T]Ww  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 "|pNS)  
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。 ~uRG~,{rH  
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。 K^AX=B  
wL,b.]  
D"fE )@Q@Y  
}NPF]P;  
模拟光栅的偏振态 W#|]m=2W  
QLo^6S5!  
?iG}Qj@5  
V%&t'H{  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: }AG$E}~/  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 Y4`MgP8t  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 ~T<#HSR`  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 S4kGy}{+i  
&9\z!r6mc  
Passilly等人更深入的光栅案例 PPT"?lt*&  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 Oy[1_qfP  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 94r8DkI  
u4B,|_MK  
U7J0&  
xbrxh-gV  
光栅结构参数 \/4ipU.  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ]aq!@rDX  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 iC&=-$vu  
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。 xEaRuH c  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 +4ax~fuU  
o#E 3{zM  
YKLh$  
光栅#1——参数 -yeQQ4b  
假设侧壁倾斜为线性。 R|H9AM ~E  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 evPr~_  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 wo7.y["$  
光栅周期:250 nm YE&"IH]lF  
光栅高度:660 nm K|];fd U  
填充因子:0.75(底部) !*u5HVn  
侧壁角度:±6° |x["fWK  
n_1:1.46 rq9{m(  
n_2:2.08 hN c;, 13  
"^gZh3  
XETY)<g  
-h*Yd)  
光栅#1——结果 XEV-D9n  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 B?-RzWB\3  
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。 ;OmmXygl  
/>q=qkdq0  
  
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:gY$/1SYD  
光栅#2——参数 'Z'X`_  
假设光栅为矩形。 SqFya  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 GmtMA|  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 !`\W8JT+  
光栅周期:250 nm ^G= wRtS  
光栅高度:490 nm 'T7JXV5  
填充因子:0.5 j>eL&.d  
n_1:1.46 v83uGEq(  
n_2:2.08 ~X5yHf3  
>joGG T  
hSaS2RLF  
f2_LfbvH  
光栅#2——结果 \8Mkb]QA  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 !$AVl MnJ  
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。 KoiU\r  
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