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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 kj4t![o+  
    MCcWRbE5#  
    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。 `vijd(a?v  
    qAF.i^  
    DE^@b+6  
    itg PG  
    任务说明 - #ta/*TT:  
    mq(*4KFWJ2  
    XtV=Gr8"  
    l$s8O0-'T  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 %?7j Q  
    某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 9se ,c  
    如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: Qs^Rh F\d  
    Td`0;R'<}c  
    其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 sP+ZE>7  
    如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: 3;h%mk KQ+  
    [7:(e/&  
    因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 ~e)`D nJ  
    gZ^NdDBO  
    光栅结构参数
    sBo|e]m#  
    研究了一种矩形光栅结构。 %Z"I=;=nxI  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 dt efDsK  
    根据上述参数选择以下光栅参数: dIUg e`O9  
    光栅周期:250 nm eI 6G  
    填充因子:0.5 t*&O*T+fgy  
    光栅高度:200 nm ]} + NT  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) -0{"QhdE%  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) (Es0n$Xb  
    hu G]kv3F:  
    BZP~m=kq  
    -PI_ *  
    偏振态分析 ,/qS1W(  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 -]?F  
    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。 o$=D`B  
    为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 ?1f(@  
    7|"gMw/  
    tw`{\kWG  
    1P'R-I  
    模拟光栅的偏振态 Wn9b</ tf  
    BpGK`0H  
    SRixT+E  
    {bSi3oI  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: t&r-;sH^[  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 W+'|zhn  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 /kAu&}  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 3+%c*}KC~  
    RK*ZlD<  
    Passilly等人更深入的光栅案例 ,pgpu !  
    Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 2 f8Cs$Opb  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 8mCL3F  
    ,DHiM-v  
    pm*6&,  
    Gj.u /l  
    光栅结构参数 0;b%@_E  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 .[ Z<r>  
    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。 4mG?$kCN  
    由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 \s.c.c*eh;  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 \9*,[mvC  
    @ y (9LSs  
    Sc<%$ Gd  
    光栅#1——参数 O;N QJ$^bI  
    假设侧壁倾斜为线性。 7yU<!p?(  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 * 7ki$f!  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 ]yxRaW9f  
    光栅周期:250 nm f2sv$#'  
    光栅高度:660 nm l>i<J1  
    填充因子:0.75(底部) 8h&Ed=gi  
    侧壁角度:±6° /A U& X  
    n_1:1.46 Y6|8;2E  
    n_2:2.08 l%aiG+z%6}  
    ^_5Nh^  
    X0=#e54  
    a!1\,.  
    光栅#1——结果 (W7cQ>  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 (W<n<sl:-  
    与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 IT3xX=|b  
    PD$g W`V  
      
    6$}hb|j  
    `YDe<@6'  
    光栅#2——参数 o;+J3\  
    假设光栅为矩形。 k+au42:r  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 6#/Riu%  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 7Ca+Pe}/n,  
    光栅周期:250 nm a'LM6A8~x  
    光栅高度:490 nm ,FvBZ.4c3=  
    填充因子:0.5 YQzs0t ,  
    n_1:1.46 0L "+,  
    n_2:2.08 z@lUaMm:F  
    QMGMXa   
    1D42+cy  
    'J&&F2O%  
    光栅#2——结果 t7rz]EN  
    这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 5I!EsW$sY  
    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。 0ciPH:V  
       -q9`Btz  
    OPp>z0p%6X  
     
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