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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 Tn /Ut}]O  
    ? -CV %l  
    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。 ' Wtf>`  
    jx'2N~$  
    :SK<2<8h  
    _!%M%  
    任务说明 H@Q`  
    aTG[=)x L  
    yZ5 x8 8>  
    o_(0  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 %6Rn4J^^  
    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。 ?d~]Wd!z  
    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: 4QO/ff[ o  
    P,U$ %C!  
    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。 $HxS:3D%D  
    如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: "Tv:*L5  
    X% X$Y6  
    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 i+1Qf  
    -<PC"B  
    光栅结构参数
    )d:K:YXt  
    研究了一种矩形光栅结构。 KxX[ S.C  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 5a6VMqQ6  
    根据上述参数选择以下光栅参数:   Y<aO  
    光栅周期:250 nm qF'~F`6  
    填充因子:0.5 0 7\02f  
    光栅高度:200 nm %Lyz_2q A  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) vlu $!4I  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) -p]>Be+^x  
    nc&Jmo7  
    -~\f2'Q  
    Q-(Dk?z{  
    偏振态分析 E23w *']  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 VXwPdMy*L  
    如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 <ZVZ$ZW~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。 9qre|AA  
    |AC6sfA+  
    KJdz v!l=  
    GQ[pG{ _+  
    模拟光栅的偏振态 K#wK1 Sv  
    @701S(0 '7  
    C.( yd$,  
    6rT4iC3Q{  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: YmgCl!r@  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 R1/q3x  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 LN\[Tmd &  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 jq[x DwPG  
    AEqq1A   
    Passilly等人更深入的光栅案例 :!']p2B  
    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。 ~~q}cywBk  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 as#J qE  
    p-Pz=Cx-  
    >C# kqxfg  
    ]-a{IWVN  
    光栅结构参数 oq. r\r  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 Ye@t_,)x  
    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。 A0>x9XSkJ  
    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。 }[v~&  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 `iQqhx  
    A9;0y jae  
    u7#z^r  
    光栅#1——参数 r )8z#W>s  
    假设侧壁倾斜为线性。 r0{]5JZt/  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Pin/qp&Fa8  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 v?)SA];  
    光栅周期:250 nm uREu2T2  
    光栅高度:660 nm Pr/]0<s  
    填充因子:0.75(底部) ]"h=Qc  
    侧壁角度:±6° vI|As+`$d  
    n_1:1.46 hfv%,,e  
    n_2:2.08  D%gGRA  
    H`el#tt_  
    W+hV9  
    k!owl+a   
    光栅#1——结果 c{4R*|^  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 "lrA%~3%[P  
    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。 HTR1)b  
    7=3O^=Q ^Q  
      
    .Q[yD<)Ubs  
    R&Ci/  
    光栅#2——参数 LwQH6 !;[  
    假设光栅为矩形。 x5F@ad 9  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 jyQVSQ s  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 J3IRP/*z  
    光栅周期:250 nm 'HB~Dbq`V  
    光栅高度:490 nm ^Plc}W7h  
    填充因子:0.5 EY$?^iS  
    n_1:1.46 61|B]ei/  
    n_2:2.08 C0(sAF@  
    >3P9 i ;W  
    tT-=hDw  
    enumK\  
    光栅#2——结果 =:/>6 H1x  
    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。 x8/us  
    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。 41}/w3Z4  
       /buWAX 1  
    -)RJ\V^{9  
     
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