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摘要 ;s/b_RN %D6Wlf+^n 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。 gm8Tm$fY )p_LkX(
m_U6"\n 5 ?g*T3S" 任务说明 bb_jD^ PY:#F|uHS` =}o>_+" XGl13@=O 简要介绍衍射效率与偏振理论 pnw4QQ9 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。
<cOE6;d# 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: \6
0WP-s =FJ9wiL 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。 I;4CvoT 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: 9}Ave:X^ *R6eykp 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 。 _89G2)U=C $ u.T1v 光栅结构参数 ={0{X9t?'j 研究了一种矩形光栅结构。 ?4?jG3p 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 /lok3J: 根据上述参数选择以下光栅参数: l6U' 光栅周期:250 nm p00Bgo 填充因子:0.5 67:<X(u+! 光栅高度:200 nm %((3'le 材料n_1:熔融石英(来自目录) Br^b%12ZRS 材料n_2:二氧化钛(来自目录) *TI6Z$b|6 $i]
M6<Vxn M<m64{m1 d7zE8)D U7 偏振态分析 tf79Gb> 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 nhhJUN?8 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 KgAX0dM 为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 Y6DiISl s1apHwJ - uM<+2S o%4+I> 模拟光栅的偏振态 +!Ag n) R~(.uV`#j
k<hO9;#qpL _[tBLGXD 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: @Od u.F1e 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 `7n,( 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 L6#d 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 sjkl? _ P[oB' Passilly等人更深入的光栅案例。 DNO%J^ Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 phSP+/w 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 9h=WWu', jC8BLyGE_
xT>V;aa\ bFXCaD!{G 光栅结构参数 Kg67cmj)f 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 )pH{b]t 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 MT g Eq 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 %LW~oI. 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 .lS6KBf@
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Y* m_f^#: 光栅#1——参数 t!N>0]:mo 假设侧壁倾斜为线性。 1'B?f# s 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 86Vu PV- 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 `Yve
光栅周期:250 nm Nh-*Gt? 光栅高度:660 nm 5toNEDN 填充因子:0.75(底部) w$HC! 侧壁角度:±6° qm_E/B n_1:1.46 jGPs!64f) n_2:2.08 % m$Mnx _< |