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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 BDv|~NHs  
F9>(W#aC  
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。 }w|=c >'_}  
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<8F->k1"3  
KD[)O7hYC  
任务说明 Zq2H9^![y~  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 NKIkd  
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。 ]5qjK~,4b  
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:  RU3_Fso  
vZ1D3ytfG  
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。 fzPgX  
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: 7;$L&X  
)[^:]}%r  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 f4@#pnJ3po  
D 9@<#2-  
光栅结构参数
,=XS%g}l4  
研究了一种矩形光栅结构。 _zVbqRHlw  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 y$;zTH_6j  
根据上述参数选择以下光栅参数: iG;d0>Sp  
光栅周期:250 nm A ydy=sj  
填充因子:0.5 &L[8Mju6  
光栅高度:200 nm v]d?6g  
材料n_1:熔融石英(来自目录) t&p:vXF2  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 9e :d2  
Q xj|lr  
T^f&58{ 7  
T8M[eSbZ  
偏振态分析 R,(+NT$  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 hH|XtQ.n^  
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。 :#"OCXr  
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。 ni02N3R  
zL[U;  
;#Crh}~  
=^".{h'-  
模拟光栅的偏振态 ,M9hb<:m  
37<GG)  
./5MsHfbxt  
(t"YoWA#m  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: @% 5F^Vbd  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 7u&H*e7  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 3`C3+  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 %CfTqbB  
iaq:5||,  
Passilly等人更深入的光栅案例 R.n`R|NOd  
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。 aX%g+6t2  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 rqG6Ll`=+  
)I0g&e^Tzy  
T J"{nB  
B1AF4}~5  
光栅结构参数 0$dY;,Q.  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 X#\P.$  
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。 g]hn@{[  
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。 W1M/Z[h6)5  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 &opH\wa  
9"l%tq_  
n*]x02:LjZ  
光栅#1——参数 vA $BBXX  
假设侧壁倾斜为线性。 L:];[xa%  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 E<.{ v\  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 ?)ZLxLV::  
光栅周期:250 nm rBL_]\$7}  
光栅高度:660 nm 7[VCCI g  
填充因子:0.75(底部) MJk:s[o  
侧壁角度:±6° { N8rZ[Oo  
n_1:1.46 lVK F^-i  
n_2:2.08 >5YYij5Aj  
d`rDEa  
-ZMl[;OM  
uc `rt"  
光栅#1——结果 Z_TbM^N  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 #p^pvdvh3  
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。  6-E4)0\  
u=?P*Y/|W  
  
gcY~_'&u  
L``mF(R^  
光栅#2——参数 dYttse'  
假设光栅为矩形。 < oG\)!O  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 )}Mt'd  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 PfMOc+ q  
光栅周期:250 nm - &LZle&M  
光栅高度:490 nm 2LK*Cv[  
填充因子:0.5 |kRx[UL  
n_1:1.46 So0,)  
n_2:2.08 y#SD-# I-  
>w'?DV>u|  
z K]%qv]  
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光栅#2——结果 ?>Ci`XlLr  
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。 pPqbD}p  
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。 !!Gi.VL  
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