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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 ;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  
    $i] M6<Vxn  
    M<m64{m1  
    d7zE8)DU7  
    偏振态分析 tf79Gb>  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 nhhJUN?8  
    如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 KgAX0dM  
    为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 Y6DiISl  
    s1apHwJ -  
    uM<+2S  
     o%4+I>  
    模拟光栅的偏振态 +!Ag n)  
    R~(.uV`#j  
    k<hO9;#qpL  
    _[tBLGXD  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: @Odu.F1e  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 `7n,(  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 L6 # d  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 sjkl? _  
    P[oB'  
    Passilly等人更深入的光栅案例 DNO%J^  
    Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 phSP+/w  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 9h=WWu',  
    jC8BLyGE_  
    xT>V ;aa\  
    bFXCaD!{G  
    光栅结构参数 Kg6 7cmj)f  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 )pH{b]t  
    由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 MT gEq  
    由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 %LW~oI.  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 .lS6KBf@  
    `<Nc Y*  
    m_f^#:  
    光栅#1——参数 t!N >0]:mo  
    假设侧壁倾斜为线性。 1'B?f# s  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 86VuPV-  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 `Yve  
    光栅周期:250 nm Nh-* Gt?  
    光栅高度:660 nm 5toNEDN  
    填充因子:0.75(底部) w$HC!  
    侧壁角度:±6° qm_E/B  
    n_1:1.46 jGPs!64f)  
    n_2:2.08 % m$Mn x  
    _<Tz 1>j=  
    014!~c  
    @@&;gWr;  
    光栅#1——结果 XA%?35v~  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 @) wXP@7  
    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。 D=]P9XDvb.  
    LYv2ll`XP  
      
    5=e@yIr'#  
    0\A[a4crj  
    光栅#2——参数 hNfL /^w  
    假设光栅为矩形。 >MLqOUr#  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 \t3i9#Q  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 07&S^ X^/  
    光栅周期:250 nm S8t9Ms: k  
    光栅高度:490 nm !).d c.P  
    填充因子:0.5 C5FtJquGN)  
    n_1:1.46 EA72%Y9F  
    n_2:2.08 I115Rp0  
    \!Pm^FD .  
    nAOId90wue  
    V#Eq74ic  
    光栅#2——结果 [;+YO)  
    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。 PeZ=ONY5  
    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。 ]RJ2`xf  
       DoA f,9|_  
    lC{m;V2  
     
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