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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 L -z37kG^  
    2@K D '^(  
    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。 PqV9k,5f  
    v5 STe`  
    e~]3/0  
    d 7vD  
    任务说明 ^uB9EP*P  
    9qc<m'MZ  
    k L\;90  
    R gY-fc0  
    简要介绍衍射效率与偏振理论 |iN!V3#S  
    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。 Qvc "?yx8}  
    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: lbM)U  
    ny# ?^.1  
    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。 W4n;U-Hb  
    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: ?sfas57&y  
    7)&}riQ  
    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 "f^s*I  
    K.3)m]dCl  
    光栅结构参数
    533n z8&9@  
    研究了一种矩形光栅结构。 \Tq !(]o^  
    为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 &+V6mH9m@  
    根据上述参数选择以下光栅参数: "|P8L| @*  
    光栅周期:250 nm reo  
    填充因子:0.5 /5cFa  
    光栅高度:200 nm _,*ld#'s  
    材料n_1:熔融石英(来自目录) vv='.R, D  
    材料n_2:二氧化钛(来自目录) VB 53n'  
    hP1}Do  
    'Cw&9cL9w  
    7{<:g!  
    偏振态分析 [:M:6JJ  
    现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 * V;L|c  
    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。 X!=E1TL  
    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。 "rhU2jT=c  
    b(^gv  
    <1")JDW  
    0\fV'JDOR  
    模拟光栅的偏振态 kU uDA><1  
    /S4$qr cM  
    80qSPitj  
    "},0Cs  
    瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 9A|deETa-  
    在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 'Xj9sAB  
    对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 K)NB{8 _  
    对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 jUny&Alj  
    -M]NdgI  
    Passilly等人更深入的光栅案例 <cC0l-=  
    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。 l#40VHa?S  
    因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ahezDDR-.i  
    yb 7  
    O>8|Lc  
    |Z\?nZ~  
    光栅结构参数 i%~^3/K  
    在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 D@jG+k-Lm  
    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。 DeqTr:  
    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。 }^T7S2_Qy  
    但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 \}CQo0v  
    Xx.4K>j+j  
    W lD cKY  
    光栅#1——参数 8GRp1'\Hi  
    假设侧壁倾斜为线性。 &yu3nA:7D  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Xz/5 Wis4  
    为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 P''5A6#5  
    光栅周期:250 nm OnD!*jy  
    光栅高度:660 nm $e(]L(o;  
    填充因子:0.75(底部) lrn3yDkR?  
    侧壁角度:±6° %BdQ.\4DS  
    n_1:1.46 m 2tw[6M  
    n_2:2.08 aQ@9(j> F  
    "Jd!TLt\x  
    E cS+/  
    /g|H?F0  
    光栅#1——结果 <n8K"(sy}  
    这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 >[,ywRJ#_}  
    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。 qG=?+em  
    {VB n@^'s  
      
    )Dg;W6  
    1|]IWX|  
    光栅#2——参数 ,tt .oF|  
    假设光栅为矩形。 {2|[7oNT6  
    忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 k,) xv?  
    矩形光栅足以表示这种光栅结构。 hLs<g!*O  
    光栅周期:250 nm B8XW+U  
    光栅高度:490 nm D'{NEk@  
    填充因子:0.5 Uavr>-  
    n_1:1.46 " Bz\<e&u  
    n_2:2.08 TH;kJ{[}  
    )@vhqVv?  
    hW^*b:v{  
    QNH-b9u>8  
    光栅#2——结果 79DzrLu  
    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。 #3b_ #+,  
    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。 Z&f@)j  
       :htz]  
    }01c7/DRP<  
     
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