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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 I< Rai"  
P26YJMJ'  
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。 #}zL?s^G  
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任务说明 x2z%J,z@4  
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|I=\+P}s  
简要介绍衍射效率与偏振理论 l}mzCIw%  
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。 0V?:5r<  
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: u9)<i]2  
fAV=O%^  
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。 F anA~  
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: xZ(VvINL'  
/(skIvE|  
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 3}X;WE `  
DmgWIede|:  
光栅结构参数
*dm?,~f%<  
研究了一种矩形光栅结构。 U^{'"x+  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 2j7e@pr  
根据上述参数选择以下光栅参数: R?$ Nl  
光栅周期:250 nm +BE_K_56  
填充因子:0.5 [vY? !  
光栅高度:200 nm Yet!qmZ  
材料n_1:熔融石英(来自目录) X?Mc"M  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 6s|4'!  
N>4uqFo  
rocG;$[  
t&=]>blIs  
偏振态分析 Um9]X@z  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 P(&9S`I  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 f,}]h~w\  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 fdRw:K8  
ce\ F~8y  
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V_"K  
模拟光栅的偏振态 l4s_9  
h_Cac@F0  
Y l1sAf/  
=D2x@ank[  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: *PjW,   
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 C4~`3Mk  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 P7i G,i  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ` 'y[i  
r*!sA5  
Passilly等人更深入的光栅案例 idr,s\$>  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 E)dV;1t  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 h[0,/`qb{  
#c ndq[H  
n(#159pZ  
yprf `D>  
光栅结构参数 Cq,ox'kGl  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ;h"?h*}m!\  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ~"+Fp&[9f  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 `2@t) :  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 eSgCS*}0$z  
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`%x6;Ha  
光栅#1——参数 XHu2G t_  
假设侧壁倾斜为线性。 N+9`'n^x  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ddMSiwbY)  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 ^p0BeSRiy;  
光栅周期:250 nm / ` 7p'i  
光栅高度:660 nm 0 pH qNlb  
填充因子:0.75(底部) Dm1;mRS+  
侧壁角度:±6° DM*mOT  
n_1:1.46 pOn>m1|  
n_2:2.08 q=5#t~?  
x-5XOqD{'  
XTHy CK  
c D+IMlT  
光栅#1——结果 MEQ :[;1  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 J@y1L]:  
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。 hN6j5.x%  
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光栅#2——参数 &P%3'c}G  
假设光栅为矩形。 L[d 7@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Z~t OR{q  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ldo7}<s  
光栅周期:250 nm Kc*h@#`~oL  
光栅高度:490 nm Z,Z34:-  
填充因子:0.5 }Lx?RU+@=  
n_1:1.46 9}FWO&LiB  
n_2:2.08 ~O~c^fLH(B  
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光栅#2——结果  = uZ[  
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。 e g#.f`  
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。 VpJ/M(UD-  
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