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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。 0aTEJX$iZ  
    uDy>xJ|  
    7tf81*e  
    Dj,+t+|  
    任务说明 iS:PRa1  
    Zgy2Pot  
    *Lb(urf  
    xu_XX#9?b  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 %/6e"o  
    某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 Gw\G+T?M-  
    如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: SSL%$:l@  
    HYI1 o/}  
    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。 g'}`FvADi  
    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: %_j?<h&  
    5uD#=/oV  
    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 L?D~~Jb  
    |`94Wj<  
    光栅结构参数
    .J1Hg  
    研究了一种矩形光栅结构。 )/+eL RN5G  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 sjkKaid  
    根据上述参数选择以下光栅参数: a' >$88tl  
    光栅周期:250 nm 9 .&Or4>  
    填充因子:0.5 `!Ge"JB6   
    光栅高度:200 nm k`2B9,z  
    材料n_1:熔融石英(来自目录)  +,F= -  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) \\R*V'e!  
    mtWx ?x  
    \HP,LH[P:  
    .X<"pd*@e  
    偏振态分析 RZ/+ K=  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 wsb=[$C  
    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。 X_tW#`  
    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。 >;'1k'  
    xeP;"J}  
    N5w]2xz!  
    5rHnU<H@y  
    模拟光栅的偏振态 XvzV lKL  
    J,^pt Ql  
    eFXi )tl  
    |H+k?C-w  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: k+Ma_H`  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 C1P t3  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 qLW-3W;WUH  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 y/sWy1P7  
    {z[HNSyRs  
    Passilly等人更深入的光栅案例 fssL'DD  
    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。 [vjkU7;7A  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 9 <kkzy  
    s<r.+zqW  
    <T.3ZZ%  
    Aya;ycsgE  
    光栅结构参数 RH'F<!p  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 J*lYH]s  
    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。 {R{%Z  
    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。 M4hN#0("4  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。  RoM*Qjw  
    VY&9kN  
    EPd.atA  
    光栅#1——参数 P2:Q+j:PX  
    假设侧壁倾斜为线性。 <T_Nlar^^  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @%@^5  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 IO&#)Ft  
    光栅周期:250 nm v!'@NW_  
    光栅高度:660 nm OB  i!fLa  
    填充因子:0.75(底部) CD<u@l,1  
    侧壁角度:±6° ?e_}X3{  
    n_1:1.46 J0WXH/:  
    n_2:2.08 e/% ;  
    36Z`.E>~L  
    VX>t!JP p  
    % /4_|@<'  
    光栅#1——结果 cSs/XJZ  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 mlw BATi  
    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。  B3+WOf5W  
    U#1yl6e\I  
      
    Lp]C![\>U  
    G-i_s6Wu  
    光栅#2——参数 Y)5uK:)^  
    假设光栅为矩形。 AA& dZjz  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 +VW]%6 +  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 y $ DB  
    光栅周期:250 nm Cg\)BHv~  
    光栅高度:490 nm xY'YbHFz  
    填充因子:0.5  iIEIGQx  
    n_1:1.46 Joo)GIB  
    n_2:2.08 vAhO!5]>\  
    oJu4vGy0  
    BHE =Zo  
    rHdP4:n  
    光栅#2——结果 kuud0VWJ  
    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。 Ay6rUN1ef  
    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。 ,v5>sL  
       ^t%M   
    6)<oO(  
    o%>nu  
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2022-07-20
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