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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。 k @'85A`  
    |Z}uN!Jm  
    )>08{7  
    i)=!U>B_0  
    任务说明 #"% ]1={b  
    `~Nd4EA)2  
    !Ziq^o.  
    Z[:fqvXQ  
    简要介绍衍射效率与偏振理论  L>Bf}^  
    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。 6KP"F[8I  
    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: W _(  
    Hp;Dp!PLa  
    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。 [P`t8  
    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: Pda(O;aNU  
    "QA <5P  
    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 )P>Cxzs  
    l9 RjxO.~U  
    光栅结构参数
    +` g&J  
    研究了一种矩形光栅结构。 3#vhQ*xU  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 RkP g&R;i  
    根据上述参数选择以下光栅参数: 7KU/ 1l9$9  
    光栅周期:250 nm :FOMRrf7.  
    填充因子:0.5 ;i|V++$_  
    光栅高度:200 nm 1MV\Jm  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) lgp-/O"T  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) odAeBQy  
    %9hzz5#  
    lAuI?/E  
    w8i"-SE  
    偏振态分析 dE9xan  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 Vh1{8'G Q  
    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。 V4p4m@z^u  
    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。 HVG9 C$  
    M rpn^C2)  
    \9*wo9cV  
    zTb!$8D"g  
    模拟光栅的偏振态 ++ !BSQ e  
    ((L=1]w  
    m/l#hp+  
    ><9E^ k0.  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: .} <$2.  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 |4NH}XVYJ>  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 3 " fBp  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ]&%_Fpx  
    h;105$E1  
    Passilly等人更深入的光栅案例 '&4W@lvyz  
    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。 &x$1hx'  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 t>;u;XY!;  
    lN"%~n?  
    dbF?#s~u  
    P}B{FIpNG  
    光栅结构参数 ??Zh$^No:  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 +$R4'{9q  
    由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 6rlafISvO  
    由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 >g8H  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 'B&gr}@4O=  
    |f+|OZY  
    W.b?MPy]  
    光栅#1——参数 "bZ {W(h  
    假设侧壁倾斜为线性。 4L}i`)CmB  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 (bnyT?p%  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 g/Q hI  
    光栅周期:250 nm MU2ufKq4)  
    光栅高度:660 nm _(=[d  
    填充因子:0.75(底部) b z3 &  
    侧壁角度:±6° {,z$*nf  
    n_1:1.46 s"5f5Cn/Wh  
    n_2:2.08 1I< <`7'  
    Dj!v+<b  
    NUH;\*]8s  
    <:=}1t.Z  
    光栅#1——结果 F!m/n!YR  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 $|~YXH~O  
    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。 r9[{0y!4  
    5&V0(LT]C  
      
    3 D<s #  
    FJ]BB4 K  
    光栅#2——参数 _ZUtQ49  
    假设光栅为矩形。 Qu4Bd|`(k  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ~RdJP'YF-  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 2S'{$m)  
    光栅周期:250 nm yu8xTh$:  
    光栅高度:490 nm 0N02E  
    填充因子:0.5 yhnhORSY;  
    n_1:1.46 (80 Tbi~+  
    n_2:2.08 n^Co  
    <)01]lKH  
    {s^vAD<~x3  
    ]z5`!e)L  
    光栅#2——结果 sp%EA=: E  
    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。 g *}M;"  
    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。 U/2]ACGCN^  
       i co%_fp  
    AC*> f&  
    a "*DJ&  
     
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    离线zanmous
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    只看该作者 1楼 发表于: 2022-07-20
    shubucuo