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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 *y+K{ fM1  
KAT"!b   
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。 ={p<|8`"  
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任务说明 V6Of(;r  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 @P=n{-pIW  
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。 ?H{?jJj$H  
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: R&'Mze fb  
FELW?Q?k  
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。 )"00fZL  
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: :^x,>( a  
G 8tK"LC  
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  -l"8L;`  
6hFs{P7  
光栅结构参数
t?;=\%^<  
研究了一种矩形光栅结构。 J|z' <W  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 6Tq2WZ}<'  
根据上述参数选择以下光栅参数: @ L/i  
光栅周期:250 nm ?]}=4  
填充因子:0.5 =wl0  
光栅高度:200 nm $ M|vIw{#  
材料n_1:熔融石英(来自目录) &k(tDP  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) %P *b&H^0  
/pGx !  
{PL,3EBG  
h}+Gz={Q^  
偏振态分析 Wx8 cK=  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 'E\qqE[;  
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。 C+C1(b;1  
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。 EYZ,GT-I  
g(F2IpUm/  
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?xE'i[F @  
模拟光栅的偏振态 |fn%!d`2  
%nkbQ2^  
X(>aW*q  
DVBsRV)/  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 6x@]b>W  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 'f.5hX(Y  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 gdqED}v  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 1n $  
<@v|~ AO4~  
Passilly等人更深入的光栅案例 &{x`K4N  
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。  8KzH -  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 z9zo5Xc=  
1| xKb (_l  
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{5T:7*J  
光栅结构参数 ! j0iLYo(*  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 %S%0/  
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。 >LFj@YW_)  
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。 MIc(B_q  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^Ov+n1,)  
qh wl  
uq]E^#^  
光栅#1——参数 /5:qS\Zl  
假设侧壁倾斜为线性。 PO0/C q)  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Sr6?^>A@t  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 X'cm0}2  
光栅周期:250 nm [\"<=lb`  
光栅高度:660 nm \H/}| ^+@  
填充因子:0.75(底部) ,Q8h#0z r  
侧壁角度:±6° rGSi !q  
n_1:1.46 15`,kJSK  
n_2:2.08 <=!|U0YV  
? 1b*9G%i  
#+PfrS=  
8*yk y  
光栅#1——结果 <<9Y=%C+  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 b 'yW+  
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。 sh8(+hg  
+N!!Z2  
  
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H.: [# a  
光栅#2——参数 >R8eAR$N  
假设光栅为矩形。 >{kPa|  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ~m@w p  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 O(f&0h !  
光栅周期:250 nm I45\xP4i  
光栅高度:490 nm h2Jdcr#@FF  
填充因子:0.5 ||sj*K  
n_1:1.46 r=pb7=M#LN  
n_2:2.08 <\5Y~!)  
9]TvL h3  
'l3K*lck  
5mYI5~ p  
光栅#2——结果 @IwVR  
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。 4'-GcH  
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。 zE<GwVI~  
   T~'9p`IW  
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