首页
->
登录
->
注册
->
回复主题
->
发表主题
光行天下
->
讯技光电&黉论教育
->
衍射级次偏振态的研究
[点此返回论坛查看本帖完整版本]
[打印本页]
infotek
2026-06-04 15:20
衍射级次偏振态的研究
摘要
G-~+F nUC
%?^IS&]Z
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。
X=8y$Yy
(~#{{Ja
3* 1cCM42
2ntL7F<ow
任务说明
:H@Q`g u
2h%/exeS;
$TGE
`$Z:j;F
简要介绍衍射效率与偏振理论
6* (6>F5
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。
iP)`yB5 `
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:
*?:V)!.2z
tZB"(\
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。
;=fOyg
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:
hxZ5EKBy
)[oegfnn-
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
。
\!x~FVA
.nl!KzO6g
光栅结构参数
2<q>]G-nN
研究了一种矩形光栅结构。
clV3x`z
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。
H`d595<=i;
根据上述参数选择以下光栅参数:
^ ~'&K e
光栅周期:250 nm
P{-j^'y
填充因子:0.5
oR}cE Sr
光栅高度:200 nm
C-u'Me)H
材料n_1:熔融石英(来自目录)
iHBetkAu
材料n_2:二氧化钛(来自目录)
(E[c-1s
_3~/Z{z8
M#Kke9%2
42]hX9E
偏振态分析
@cRR
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。
'guXdX]Gu
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。
`1 A,sXfa
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。
W T~UEK'
2@~.FBby7@
Pw+PBIGn4
:8h\x
模拟光栅的偏振态
[ICFPY6
QP>tu1B|
`xv2,Z9<
>-oB%T
瑞利系数现在提供了偏振态的信息:
x$hhH=
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,
。这说明衍射光是完全偏振的。
#!?jxfsFa
对于𝜑=22°,
。此时,67%的光是TM偏振的。
X(_xOU)V
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。
2~`vV'K
K-,4eq!
Passilly等人更深入的光栅案例
。
.bYZkO:oy
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。
3V uoDmG
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。
H1Jk_@b
<$z6:4uN_
nSy{{d
^#( B4l!
光栅结构参数
Y8v13"P6
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。
Fc&3tw"g
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。
ml,FBBGq|-
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。
6C'W
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。
r{cmw`WA/P
p~'iK4[&6
r{ >`"
光栅#1——参数
/O[<"Wcz
假设侧壁倾斜为线性。
S2i*Li
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
ZWmS6?L.
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。
^ YOCHXg
光栅周期:250 nm
v*";A
光栅高度:660 nm
@vZeye
填充因子:0.75(底部)
=cR"_ Z[8X
侧壁角度:±6°
/9pN.E
n_1:1.46
r1axC%
n_2:2.08
l*>,K2F
pKtN$Fd
gU&y5s~
`- HI)-A97
光栅#1——结果
ty8>(N(~
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。
&t~NR$@
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。
Rtu"#XcBw+
_`I}"`2H
O=[Q>\p
<Hf3AB;#4
光栅#2——参数
aPdEEqc\l
假设光栅为矩形。
5rb<u>e{
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
I A%ZCdA;
矩形光栅足以表示这种光栅结构。
%*zV&H
光栅周期:250 nm
C 547})
光栅高度:490 nm
38 ]}+Bb
填充因子:0.5
w/z o
n_1:1.46
2YDD`:R
n_2:2.08
Sa[?B
qRSoF04!R
7qSnP30}
)1f%kp#]
光栅#2——结果
?edf$-"z/
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。
0tz? sN
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。
aUF{57,<
GbC@ |
Ay7PU
^g|j4N
文档信息
fig~z=m
/Y=_EOS
-%Rw2@vU
9Af nMD
查看本帖完整版本: [--
衍射级次偏振态的研究
--] [--
top
--]
Copyright © 2005-2026
光行天下
蜀ICP备06003254号-1
网站统计