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    [技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2022-06-27
    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。 ^N{k6>;  
    W "k| K:  
    OT@yPG  
    fK"iF@=Z`  
    任务说明 _JA:.V^3gm  
    \OY}GRKt  
    9DPb|+O-  
    .6Fsw    
    简要介绍衍射效率与偏振理论 QXY}STs  
    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。 @k9Pz<ub  
    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: WL:0R>0  
    -yl;3K]l  
    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。 #D0 ~{H  
    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: UKj`_a6  
    V:>`*tlh  
    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 He<;4?:  
    "k, K~@}  
    光栅结构参数
    #N9d$[R*  
    研究了一种矩形光栅结构。 6n,xH!7  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 yV2e5/i  
    根据上述参数选择以下光栅参数: Tyd h9I  
    光栅周期:250 nm -N4z-ozhC  
    填充因子:0.5 \Z'/+}^h  
    光栅高度:200 nm 9(OAKUQ  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) - wWRm  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) R;'?;I  
    R[Nbtbv9Q  
    I=odMw7Hj  
    GW8CaTf~  
    偏振态分析 '$6PTa  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 R{`gR"*  
    如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 I^:F)a:  
    为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 v2=/[E@  
    ,5. <oDH  
    6klD22b2$  
    ZPvf-Pq Jl  
    模拟光栅的偏振态 yzg9I  
    p&O8qAaO  
    -=sf}4A  
    Gk 6fO  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ?Q?598MC  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 --A&TV  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 [S)G$JW  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 b!,ja?  
     J `x}{K  
    Passilly等人更深入的光栅案例 BUDGyl/=  
    Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 XmlIj8%9[&  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 l?<q YjI  
    z{/LX \  
    q0g1E Jar  
    q<EEb  
    光栅结构参数 OEI3eizgH  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 -%i#j>  
    由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 1lsLG+Rpxi  
    由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 3C#RjA-2[  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 r@Nl 2  
    & +]x;K  
    P=Puaz5&{  
    光栅#1——参数 J?,?fqb  
    假设侧壁倾斜为线性。 dk8y>uLr_  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 1 w17L]4  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 .jaZ|nN8`  
    光栅周期:250 nm + ~~ Z0.[  
    光栅高度:660 nm ]zcV]Qj$~  
    填充因子:0.75(底部) &rP~`4Mkp  
    侧壁角度:±6° kfRJ\"`   
    n_1:1.46 p+)C$2YK  
    n_2:2.08 #'8)u)!  
    P#v^"}.Wd  
    SM$\;)L  
    0Nt%YP  
    光栅#1——结果 B>@D,)/bT5  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 BvQUn@ XE  
    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。 %z2oDAjX  
    PU"S;4m  
      
    #w;;D7{@m  
    *0\k Z,#BJ  
    光栅#2——参数 ,# eO&  
    假设光栅为矩形。 s&0*'^'O[S  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 R}hlDJ/m-  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 jceHK l  
    光栅周期:250 nm :v#8O~  
    光栅高度:490 nm G>JxIrN0  
    填充因子:0.5 ;AltNGcM  
    n_1:1.46 F'XlJ M  
    n_2:2.08 61kO1,Uz*  
    ?;fv!'?%  
    %; qY  '+  
    X~%IM1+L;  
    光栅#2——结果 qhnapZJ  
    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。 |veBq0U  
    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。 N" ;^S  
       :/~_sJt C  
    9!cW  
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    只看该作者 1楼 发表于: 2022-07-20
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