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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 R? Ys%~5  
qA;!Pql`  
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。 C@F3iwTtp  
&sA@!  
LX%UkfA9  
P`$Y73L  
任务说明 fU^6h`t  
>Y)FoHa+/  
{Gi:W/jJ  
8GKqPS+  
简要介绍衍射效率与偏振理论 .dw;b~p  
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。 sry`EkS  
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: )4O* D92  
8|2I/#F}]  
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。 #Zq[.9!q{  
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: n&fV^ x  
j0(+Kq:J  
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 |+h8g@;Z  
&60#y4  
光栅结构参数
d>bS)  
研究了一种矩形光栅结构。 ,\CG}-v@CN  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 iS#m{1m$$  
根据上述参数选择以下光栅参数: Kc#42 C;t/  
光栅周期:250 nm  ~=Q|EhF5  
填充因子:0.5 _[p@V_my  
光栅高度:200 nm iJ%`ym4Y  
材料n_1:熔融石英(来自目录) <x->.R_  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) nNP{>\x;"  
4+2hj*I  
=5D@~?W ZG  
R1j)0b6cQ%  
偏振态分析 l ]CnLqf&  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 Fq`wx  
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。 Y)KO*40c  
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。 ;sZHE &+  
\+I+Lrj%  
\!Fx,#r$7-  
?]Z EK8c  
模拟光栅的偏振态 eT ZQ[qMp  
!vwx0  
Z:kX9vw.  
jPyhn8Vw  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: FZJyqqA$_  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 L\/YS;Y  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 Q!(qL[o  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 n<3*7/-  
EVE<LF?  
Passilly等人更深入的光栅案例 rxM)SC;P  
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。 +`$[h2Z=:  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 H>Ws)aCq  
dq U.2~9  
|vf /M|  
EC0M0qQ  
光栅结构参数 x}*Y =Xh  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 r\f|r$i  
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。 >x 6$F*:W}  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 OK1f Y`$z  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 /`YbHYNF[  
R`F8J}X_  
 U<Z\jT[  
光栅#1——参数 Da WzQe=  
假设侧壁倾斜为线性。 ja|XFs~  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?ybX &V  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 J`@#yHL  
光栅周期:250 nm PdNxuy  
光栅高度:660 nm f8X/kz  
填充因子:0.75(底部) eH y.<VX  
侧壁角度:±6° Z d]2>h  
n_1:1.46 |0A:0'uA!  
n_2:2.08 %G>|u/:U  
my(yN|  
/qalj\ud  
4 fxD$%9  
光栅#1——结果 va_TC!{;  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 I-`qo7dQ_S  
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。 H%:u9DlEK/  
@N0(%o&  
  
c?1 :='MC  
B,dHhwO*l  
光栅#2——参数 ]p.eFYDh7  
假设光栅为矩形。 68v59)0U  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 1>1ii  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 wcI4Y0+J  
光栅周期:250 nm [Y^1}E*  
光栅高度:490 nm /Dn  
填充因子:0.5 l .wf= /  
n_1:1.46 : %hxg  
n_2:2.08 EjYCOb-  
@`X-=GCl  
ErDt~FH  
P=jbr"5Q:  
光栅#2——结果 7:_\t!]  
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。 P!JRIw  
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。 i%R2#F7I  
   BkTGH.4G%  
2\,vq R  
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