[技术]衍射级次偏振态的研究 [复制链接]

摘要 k7sD"xR3  
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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。 <4zSh3  
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任务说明 !`W0;0'Zg  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 Vvfd?G"  
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。 Z@*!0~NH=4  
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： *p\fb7Pu_3  
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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。 JnqP`kYbTE  
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： QOPh3+.5  
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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。 6iHY{WcDj  
:v$)Z~  
光栅结构参数 utn,`v   
研究了一种矩形光栅结构。 *xj2Z,u  
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ?s)6 YF  
根据上述参数选择以下光栅参数： F|oyrG  
光栅周期：250 nm OJM2t`}_t  
填充因子：0.5 B|M@o^Tf  
光栅高度：200 nm }w>UNGUMh  
材料n_1：熔融石英（来自目录） L`9.Gf  
材料n_2：二氧化钛（来自目录） tuY=)?  
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偏振态分析 vI48*&]wTf  
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 z?UEn#E2
 
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。 gnb+i`  
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。 J^PFhu  
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模拟光栅的偏振态 x>A[~s"|N  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ;DKJ#tS}"  
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 iVmy|ewd  
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 A ;|P
\V  
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 7pnlS*E.  
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Passilly等人更深入的光栅案例。 s8';4z  
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。 Vk[M .=
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因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 aQ&K a  
t23W=U  
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光栅结构参数 KAu>U3\/  
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 3RFU  
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。 2zX9c<S=5  
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。 |=:hUp Jp  
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 n5tsaU;  
q{f (T\  
um( xZ6&m  
光栅#1——参数 Y'+KU/H  
假设侧壁倾斜为线性。 .>1Y-NM  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 H"?Ndl:  
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 |PGTP#O
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光栅周期：250 nm kcMg`pJ4<  
光栅高度：660 nm _C|j"f/}  
填充因子：0.75（底部） \,lIPA/L  
侧壁角度：±6° ,<s:* k  
n_1：1.46 k
_gl$`A  
n_2：2.08 T?tZ?!6  
M.EL^;r  
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by,3A  
光栅#1——结果 M(^ e)7a1  
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 m5,&;~  
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。 TS=U%)Ik  
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光栅#2——参数 {Wfwf  
假设光栅为矩形。 u0qTP]  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 D/,(xWaT  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 .;(a;f+{;  
光栅周期：250 nm X|}Q4T`  
光栅高度：490 nm !:}m-iqQ1  
填充因子：0.5 7=&+0@R#/d  
n_1：1.46 _p^Wc.[~M  
n_2：2.08 4i<GqG  
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光栅#2——结果 (.5Ft^3W  
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。 9 aKU}y  
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。 @3~Wukc  
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