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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 正序阅读 楼主  发表于: 2024-12-18
    摘要 R5 EC/@  
    S-brV\v7  
    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。 8:]5H}H i  
    9~ifST \  
    FH;)5GGnv  
    k;.<DN  
    任务说明 _HAr0R8BY  
    GF0Utp:Zf;  
    z] |Y   
    $:?=A5ttuo  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 zeH=py[n  
    某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 2XeNE[  
    如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: Y1BxRd?D  
    9y)}-TcSpY  
    其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 5=!aq\ 5  
    如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: s ZokiFJ  
    =J )(=,  
    因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 Kn\$\?u  
    :5:_Dr<  
    光栅结构参数
    QFhQfn  
    研究了一种矩形光栅结构。 8)J,jh9q  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 eT8h:+k  
    根据上述参数选择以下光栅参数: |mz0 ]  
    光栅周期:250 nm X<H+Z2d  
    填充因子:0.5 ZaFqGcS~  
    光栅高度:200 nm WW~QK2o-@  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) w_q =mKu  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) O[ ^zQA  
    >JN[5aus  
    oXqx]@7  
    L/O:V^1  
    偏振态分析 ;fv/s]X86I  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 ;giT[KK  
    如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 dr4m}v.  
    为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 3[To"You  
    }5"19 Go?  
    l`{JxVg  
    JI92Dc*o  
    模拟光栅的偏振态 iHyA;'!Os  
    Y F W0  
    !|#1z}(  
    +]{PEnJ  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: q5~fU$ ,  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 YZp]vlm~  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 B 6,X)  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 hfQ^C6yR  
    O[&G6+  
    Passilly等人更深入的光栅案例 /?:]f  
    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。 1 BVpv7@  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 QBT_H"[  
    @nF#\  
    N~ M-|^L  
    9{{CNy p  
    光栅结构参数 O.P:~  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 K 7d]p0d'  
    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。 c::Vh  
    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。 Hd=!  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 !rgdOlTR^  
    p:^;A/D  
    ]i:O+t/U  
    光栅#1——参数 i52:<< 8a  
    假设侧壁倾斜为线性。 jhSc9  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 orAEVEm  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 XAc#ywophi  
    光栅周期:250 nm \o,`@2H+'  
    光栅高度:660 nm 81U(*6  
    填充因子:0.75(底部) }!RFX)T  
    侧壁角度:±6° i6h , Aw3  
    n_1:1.46 gj Ue{cb5  
    n_2:2.08 }\!38{&  
    LP:C9 Ol\  
     &+Pcu5  
    vc(6lN9>  
    光栅#1——结果 Z"G@I= Q(  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 fmj-&6  
    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。 B^uQv|m  
    bi[gyl#  
      
    hSD uByoi  
    QK%6Ncv  
    光栅#2——参数 p,+$7f1S  
    假设光栅为矩形。 geu8$^  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 efF>kcIC  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ?yt"  
    光栅周期:250 nm KBo/GBD]|  
    光栅高度:490 nm h $}&N  
    填充因子:0.5 C/Dc1sj  
    n_1:1.46 t,K_!-HX+  
    n_2:2.08 Ym*Ed[S  
    9 &~Rj 9  
    Q2[D|{Z  
    ZO $}m?  
    光栅#2——结果 JY tM1d  
    这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 YS5Pt)?  
    与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 e'uI~%$NJL  
       85 tQHm6j  
    e&(Di,%:  
     
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