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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}Hi 9~ifST\
FH;)5GGnv k;.<DN 任务说明 _HAr0R8BY GF0Utp:Zf; z] |Y $:?=A5ttuo 简要介绍衍射效率与偏振理论 zeH=py[n 某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 2XeN E[ 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: Y1BxRd?D 9y)}-TcSpY 其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 5=!aq\
5 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: sZokiFJ =J )(=, 因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 。 Kn\$\?u :5:_Dr< 光栅结构参数 QFhQfn 研究了一种矩形光栅结构。 8)J,jh9q 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 eT8h:+k 根据上述参数选择以下光栅参数: |mz0
] 光栅周期:250 nm X<H+Z2d 填充因子:0.5 ZaFqGcS~ 光栅高度:200 nm WW~QK2o-@ 材料n_1:熔融石英(来自目录) w_q=mKu 材料n_2:二氧化钛(来自目录) O[^zQA >JN[5aus oXqx]@7 L/O:V^1 偏振态分析 ;fv/s]X86I 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 ;giT[KK 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 dr4 m}v. 为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 3[To"You }5"19
Go? l`{JxVg JI92Dc*o 模拟光栅的偏振态 iHyA;'!Os Y FW0
!|#1z}( +]{PEnJ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: q5~fU$ , 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。 K7d]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:<< |