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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。 4(NI-|q0  
    s*;~CH-[  
     f!<mI8H  
    8wOr`ho B  
    任务说明 Tn|re Xc0e  
    | zf||ju  
    .|K5b]na  
    1D$k:|pP~  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 &nq[Vy0kO4  
    某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 v'uQ'CiH  
    如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: a[/p(O  
     Cfi5r|S  
    其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 shD$,! k  
    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: -M4#dHR_!  
    :?,& u,8  
    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 7W*OyH^  
    2:]Sy4K{  
    光栅结构参数
    uo0(W3Q *  
    研究了一种矩形光栅结构。 oq|K:<l  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 C]k\GlhB  
    根据上述参数选择以下光栅参数: \%K6T)9  
    光栅周期:250 nm 9wYbY* j  
    填充因子:0.5 c;WS !.  
    光栅高度:200 nm KP i@wl3  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) ixp%aRRP  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) ~DSle 3  
    =<<\Uo  
    TZ/u"' ZS  
    &CS=*)>$  
    偏振态分析 te`4*t  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 pG (8VteH  
    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。 - na]P3 s  
    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。 5\pizD/17  
    =Ij;I~  
    /<n_X:[)  
    cD 1p5U  
    模拟光栅的偏振态 3[c54S+(U  
    , vR4x:W  
    v>,XJ7P  
    g}f@8;TY  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Q<M>+U;t  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 )t|M)zJ  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 A;% fAI2Vr  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 2JbCYCTC  
    6pH.sX$!_  
    Passilly等人更深入的光栅案例 J^u{7K,  
    Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 Wg#>2)>  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 y+c+/L8  
    v +7<}  
    ~;MRQE  
    H#f FU  
    光栅结构参数 5-MI 7I@l  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 \=w|Zeu{l  
    由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 \KTX{qI"f  
    由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 VlK WWQj  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 N^O.P  
    w|NLK  
    rK"x92P0  
    光栅#1——参数 }4$UlTA'  
    假设侧壁倾斜为线性。 VLRW,lR9O  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 d5h:py5  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 /WfpA\4S  
    光栅周期:250 nm R+P1 +5  
    光栅高度:660 nm SoCa_9*X  
    填充因子:0.75(底部) xw`Pq6  
    侧壁角度:±6° 7%C6gU!r  
    n_1:1.46 h]I ^%7  
    n_2:2.08 hivWQ$6%  
    }LOAT$]XI  
    E<0Y;tR  
    V4_ZBeWA  
    光栅#1——结果 cZA l.}/  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 *!vwW T  
    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。 6m?}oMz  
    o H$4K8j  
      
    }DoNp[`  
    m$ "B=b2  
    光栅#2——参数 K;Fy&p^d  
    假设光栅为矩形。 G8j$&1`:  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 L~>pSP^a  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 (V#5Cs,o:  
    光栅周期:250 nm 9[T}cN=|  
    光栅高度:490 nm L2+~I<|>  
    填充因子:0.5 sZ_+6+ :  
    n_1:1.46 [8[g_  
    n_2:2.08 ;~F&b:CyG  
    |BN^5m qP6  
    .O@T#0&=_  
    mqQN*.8*  
    光栅#2——结果 (*F/^4p!$  
    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。 x= X"4Mj0)  
    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。 -uX): h!  
       icH\(   
    @!`x^Tzz  
    | bDUekjR  
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2022-07-20
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