[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 vU\w3  
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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。 gE6y&a  
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任务说明 @=<TA0;LL  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 RfKxwo|M<  
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\?\(Y55Y  
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： ?w5nKpG#RI  
\ \mO+N47i  
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。 @x-GbK?  
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： .}hZ7>4-  
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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。 ;uA_gn!  
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光栅结构参数 7N~qg 7&  
研究了一种矩形光栅结构。 e,j?_p  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 kAQ\t?`x  
根据上述参数选择以下光栅参数： 3sg)]3jm2  
光栅周期：250 nm KAZkVL  
填充因子：0.5 5Ret,~Vs9|  
光栅高度：200 nm ygy#^  
材料n_1：熔融石英（来自目录） yV]-Oa$*s0  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Uf
]Pd)D  
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偏振态分析 OrH1fhh   
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 kq.R(z+  
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。 H
S&uQc 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。 A@Yi{&D_Q]  
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模拟光栅的偏振态 Mp@(/  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： N n-6/]d#  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Ew,wNR`  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 >dC(~j{  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 xY}j8~k  
#pn AK  
Passilly等人更深入的光栅案例。 0@/E%T1c"  
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。 o >4>7  
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 9kg>)ty@  
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光栅结构参数 vFvu8*0  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 kd4*Zab  
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。
0}C}\1  
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。 ^d$e^cU  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 8}`8
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光栅#1——参数 Hf]}OvT>Z  
假设侧壁倾斜为线性。 /Ta0}Y(y  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Ecl7=-y  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 iwTBE]J  
光栅周期：250 nm $mg h.3z0  
光栅高度：660 nm z)y(31K<1  
填充因子：0.75（底部） 9d(v^T  
侧壁角度：±6° p~;z"Z  
n_1：1.46 pC.P  
n_2：2.08 2<./HH*f  
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9@>hm>g.  
r|BKp,u9
  
光栅#1——结果 :<3;7R'5  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 (S 3kP5:F  
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。 E1Aa2  
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光栅#2——参数  X_S]8Aa  
假设光栅为矩形。 t"Rf67  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 |N.q[>^R  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 -@?>nLQb  
光栅周期：250 nm a9JJuSRC  
光栅高度：490 nm x(6.W"-S  
填充因子：0.5 _BaS\U%1(  
n_1：1.46 !b8|{#qh.  
n_2：2.08 j|8{Vyqd  
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光栅#2——结果 BnY|t2r  
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。 znpZ0O\!  
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。 \>k#]4@rp  
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