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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 bnHQvCO3$  
    +z}O*,M"q  
    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。 .< 7M4Z  
    U l8G R  
    @{N2I$%6  
    nX~Qt%  
    任务说明 E[q:65xl  
    fy]z<SPhVJ  
    w=Ai?u  
    <LL+\kfTZO  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 OH.^m6Z  
    某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 KmS$CFsGL  
    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: #gn{X!;-;  
    =h5&:?X  
    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。 0<tce  
    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: eajctkzj  
    ykK21P,v  
    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=v/>+  
    c=d` DJ  
    光栅结构参数
    (zbV-4C  
    研究了一种矩形光栅结构。 eb1WTK@  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 SB~HHx09  
    根据上述参数选择以下光栅参数: m8M2ka  
    光栅周期:250 nm )(b, v/:  
    填充因子:0.5  PL"u^G`  
    光栅高度:200 nm QguRU|y  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) ]hE%Tk-  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) a(.q=W  
    HGycF|]2  
    m q#8 [D  
    RJ}%pA4I  
    偏振态分析 xXb7/.*qE  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 WO;2=[#O;  
    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。 *<HA])D,  
    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。 JG^fu*K  
    .X1xpi%  
    <S[]VXy  
    F:$*0!  
    模拟光栅的偏振态 !O )je>A  
    kPRG^Ox8e  
    d23;c )'  
    X|&v]mJ  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Y@(izC&h  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 <n4 ?wo  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 w-{a>ZU0  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 &VPfI  
    #(pY~\  
    Passilly等人更深入的光栅案例 o|7ztpr  
    Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 c"*xw8|  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 1&Z#$iD  
    P~}Yj@2  
    xg(* j[ff3  
    y':JUwUN  
    光栅结构参数 !)r1zSY"g  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 4De2m iq  
    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。 Dpb prT7_  
    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。 Jb;@'o6  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 Z\[6 'R4.#  
    _-=yD@;[D  
    ?3#L?Cq  
    光栅#1——参数 ]0o_- NI  
    假设侧壁倾斜为线性。 ;$.^  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 m'n<.1;1{j  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 0{^ 0>H0  
    光栅周期:250 nm #i;y[dQ  
    光栅高度:660 nm f|+aa6hN  
    填充因子:0.75(底部) +b sc3  
    侧壁角度:±6° [iXkv\  
    n_1:1.46 Mg~62u  
    n_2:2.08 |S6L[Uo  
    j^5VmG  
    H|%'$oWp  
    dBm!`;r4  
    光栅#1——结果 uqHI/4  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 1xTNrLW  
    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。 jR[b7s  
    Bo +Yu(|cL  
      
    P=<>H9p:o  
    ()MUyW"S#`  
    光栅#2——参数 bZ SaL^^(  
    假设光栅为矩形。 *";O_ :C!  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 d-{1>\-_  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 GMKY1{   
    光栅周期:250 nm U[O7}Nsb"  
    光栅高度:490 nm nPR*mbW  
    填充因子:0.5 Uz_OUTFM  
    n_1:1.46 [;Y*f,UG_-  
    n_2:2.08 ^Lc, w  
    e3.q8r  
    ;9;jUQ]MyG  
    .b|!FWHNS  
    光栅#2——结果 1|WrJ-Uf  
    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。 !g[UFw  
    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。 TCI)L}L|  
       jZgCDA8Mr!  
    R ~?9+  
     
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