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    [技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

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    离线infotek
     
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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。 .X'pq5  
    <CZgQ\Mt  
    Dd,2;#_  
    ;wHCj$q  
    任务说明 p*20-!{A  
    j.%K_h?V5  
    %%JMb=!%2  
    ++jAz<46  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 >/=> B7  
    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。 $n!K6fkX%  
    如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: 5T?-zFMM  
    ?!'Zf Q:zK  
    其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 E\U`2{^.  
    如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: _>yoX  
    *F`A S>  
    因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 U*)m' ,  
    JSr$-C fH  
    光栅结构参数
    Ii &7rdoxe  
    研究了一种矩形光栅结构。 3\:y8|  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 bt$)Xu<R  
    根据上述参数选择以下光栅参数: Qk976  
    光栅周期:250 nm !mMpb/&&S  
    填充因子:0.5 1P(&J  
    光栅高度:200 nm S DLvi!y  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) {d<;BLA  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) n6<V+G)T  
    XYr J/!*.  
    oCS2E =O&  
    T~:|!`  
    偏振态分析 _iV]_\0W2  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 .2) =vf'd  
    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。 bm% $86  
    为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 jMNU ?m:  
    %9oYw9 H!  
    F4L;BjnJ  
    OEx^3z^  
    模拟光栅的偏振态 JW.=T)  
    pmWr]G3,*  
    OTDg5:>  
    ^Yj xeNY  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: fw6UhG  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 \>QF(J [8  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 ',^+bgs5  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 Y!J>U  
    ,#?uJTLH  
    Passilly等人更深入的光栅案例 j hbonuV_  
    Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 kn"(mJe$  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 mZz="ZLa:  
    Y5ZZ3Ati  
    <Z}SKR"U%  
    uvP2Wgt  
    光栅结构参数 D,qu-k[jMI  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 3psU?8(  
    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。 5NoI~X=  
    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。 u VyGk~  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 G)v #+4  
    ?`zXLY9q7  
    ^j#rZ;uc   
    光栅#1——参数 YW u cvw&  
    假设侧壁倾斜为线性。 p~ HW5\4  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ivDGZI9  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 t58e(dgi  
    光栅周期:250 nm l7#yZ*<v  
    光栅高度:660 nm ,C%eBna4Iq  
    填充因子:0.75(底部) WOuEWw=  
    侧壁角度:±6° ib{-A&  
    n_1:1.46 Q'_z<V  
    n_2:2.08 w2_bd7Wp<  
    H"ZZ.^"5FV  
    M9zfT !-  
    #Zrlp.M4  
    光栅#1——结果 [kE."#  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 b& 1`NO  
    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。 F1L:,.e`  
    ^&y$Wd]6  
      
    jck}" N  
    Y"A/^]  
    光栅#2——参数 .{y uo{u  
    假设光栅为矩形。 pPd#N'\*  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5j~$Mj`  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 _6 ay-u  
    光栅周期:250 nm  Yn8=  
    光栅高度:490 nm >4t+:Ut:  
    填充因子:0.5 -D6exTxh"  
    n_1:1.46 4Y[1aQ(%  
    n_2:2.08 0RoU}r@z4  
    giz7{Ai  
    |4'Y/re  
    E Cyyl  
    光栅#2——结果 M(/r%-D  
    这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 B^g ?=|{  
    与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 )7h$G-fe  
       2RSt)3!},  
    zc[Si bT  
    Ja9e^`i;  
     
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    离线zanmous
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    只看该作者 1楼 发表于: 2022-07-20
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