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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: 2024-12-18
    摘要 ,qV8(`y_  
    q?g4**C  
    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。 ^AK<]r<?L?  
    R>U0W{1NO  
    j2SJ4tB /  
    C Fq3  
    任务说明 XtVx H4q  
    wl #Bv,xf  
    Lt0JUUa0  
    #N_C| v/  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 ?9nuL}m!a  
    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。 MZ o\1tU-i  
    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: k'{'6JR  
    " l vPge  
    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。 nIJ2*QJ  
    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: *,X;4?:,  
    \ni?_F(Y  
    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 sL|*0,#K  
    7J,j  
    光栅结构参数
    Esvr~)Y  
    研究了一种矩形光栅结构。 "hi?/B#d  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 \\XvVi:B  
    根据上述参数选择以下光栅参数: Yo3my>N&g  
    光栅周期:250 nm 2{Nv&ZX?  
    填充因子:0.5 U|. kAI*  
    光栅高度:200 nm M_*"g>Z  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) Z .VIb|  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) UXwnE@`F  
    nI.K|hU:P  
    3 ha^NjE  
    + X(@o  
    偏振态分析 42E]&=Cet  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 b HRH2Ss  
    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。 WG>Nm89  
    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。 ]:jP*0bLx  
    Q.X)QCp#r  
    \=PnC}7I  
    RhR{EO  
    模拟光栅的偏振态 }A,9`  
    8&<C.n KP  
    2#LTd{  
    dPZrX{ c  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: r:0F("},  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 <]<P<  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 7pf]h$2  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 4H'\nsM  
    .anXsjD%W  
    Passilly等人更深入的光栅案例 3gtQS3$4s  
    Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 DCr&%)Ll  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 T1AD(r\W5  
    0N.B =j|  
    L!G]i;=:  
    ?e( y/  
    光栅结构参数 Ahl-EVIr<  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 >tc#Ofgzd  
    由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 dC+WII`V  
    由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 }2c)UQD8  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 +l'l*<  
    %gUf  
    7[=*#7}.  
    光栅#1——参数 ]e`&py E  
    假设侧壁倾斜为线性。 Kz>bfq7  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ,5}%_  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 ZNWo:N8;  
    光栅周期:250 nm j#4 Iu&YJ  
    光栅高度:660 nm UF37|+"E  
    填充因子:0.75(底部) V$wW?+V  
    侧壁角度:±6° |Z6M?n  
    n_1:1.46 LFvO[&  
    n_2:2.08 8i$quHd&x  
    k*XI/k5Vc  
    VPOzt7:  
    u}_,4J  
    光栅#1——结果 /`6Y-8e2  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 2S%[YR>>  
    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。 >Sc)?[H  
    b0X<)1O  
      
    |T`ZK?B+u  
    VZveNz@]r  
    光栅#2——参数 P;~`%,+S  
    假设光栅为矩形。 9ZXkuP9vm  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 T0HNld  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Oly"ll*K  
    光栅周期:250 nm 287g 5  
    光栅高度:490 nm  9t$#!2z  
    填充因子:0.5 aMv?D(Meb  
    n_1:1.46 yV"k:_O{  
    n_2:2.08 sr S2v\1:  
    <'T:9  
    b"4'*<=au  
    -9PJ4"H  
    光栅#2——结果 >T{Gl/? p  
    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。 +"mS<  
    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。 S7!+8$2mc_  
       dw*PjIB9x  
    8U8%XIEJ  
     
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