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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: 2024-01-09
    摘要 ])9|j  
    t%fcp  
    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。 @c -| Sl  
    ]Vm:iF#5P  
    ^Z>Nbzr{  
    ~7$jW[i  
    任务说明 U3^3nL-M9  
    8#ZF<B Y  
    e6i m_ Tk  
    `L m9!?  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 ^//`Dz  
    某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 O$(#gB'B  
    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: |ERf3  
    Yl`)%6'5|  
    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。 0x2[*pJ|IW  
    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: @=6*]:p2.  
    yt {?+|tXU  
    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 {' UK> S  
    L #`Vr$  
    光栅结构参数 3{{Ew}kZm  
    研究了一种矩形光栅结构。 2I>`{#fV  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 c2Yrg@) [  
    根据上述参数选择以下光栅参数: W}P9I&3  
    光栅周期:250 nm  jAxrU  
    填充因子:0.5 X<<FS%:+  
    光栅高度:200 nm zrL+:/t  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) eE5j6`5i  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) gXvE^fE  
    ly::?  
    D}OhmOu 3  
    >9Z7l63+}  
    偏振态分析 .c]@xoC  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 fn, YH  
    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。 .OZ\ s%h;  
    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。 i'3)5  
    ;$g?W"  
    6$&%z Eh  
    Zq{TY)PI]  
    模拟光栅的偏振态 }q=tg9  
    4O7 {a  
     ay,"MJ2  
    OjurfVw  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: T-y5U},  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 8<=]4-X@  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 =\IUBH+C  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 2. f8uq  
    fS]Z`U"  
    Passilly等人更深入的光栅案例。 NL-V",gI-~  
    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。 JOo+RA5d  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 xm0(U0 >  
    'iX y?l  
    q"u,r6ED  
    v,jB(B^|Z  
    光栅结构参数 )W>9{*4 m  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 F./P,hhN9  
    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。 3/Dis) v8  
    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。 ;umbld0  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 oA+'9/UY  
    W?yGV{#V(=  
    ri h@(;)1  
    光栅#1——参数 kd OIL2T  
    假设侧壁倾斜为线性。 ^+}~"nvD  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4U*CfdZZ  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 U nS|""  
    光栅周期:250 nm J~}i}|YC>  
    光栅高度:660 nm dMK\ y4#i  
    填充因子:0.75(底部) )CD-cz6n  
    侧壁角度:±6° #ds@!u+&  
    n_1:1.46 1"No~/_  
    n_2:2.08 Lj1>X2.gD  
    j/uzsu+  
    s1J( -O  
    i2!0bY  
    光栅#1——结果 2XrYm"6w  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 {2LG$x-N%  
    与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 A5~OHmeK  
    Eb p=du  
       o`.5NUn  
    yJ?= H H?  
    光栅#2——参数 cHon' tS  
    假设光栅为矩形。 (H-kWT  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 O )INM  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ztC>*SX  
    光栅周期:250 nm 0}q*s!  
    光栅高度:490 nm WQv`%%G2>  
    填充因子:0.5 toel!+  
    n_1:1.46 ~8EzK_c  
    n_2:2.08 P9M. J^<  
    Ph17(APt,Q  
    vAzSpiv-  
    ^4=%~Yx  
    光栅#2——结果 iZ9ed ]mf  
    这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 lI;ACF^  
    与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 S5e"}.]|  
       0F<$Zbe2B  
     
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