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infotek 2022-06-27 09:14

衍射级次偏振态的研究

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。 i?V:+0#q\]  
QHsJo|.  
+ (`.pa z@  
8|u8J0^  
任务说明 ?B`c <H"  
H> n;[  
K.}jyhKIKi  
iszVM  
简要介绍衍射效率与偏振理论 };'~@%U]/  
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。 }h|HT  
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: 0Ag2zx  
dIA1\;@  
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。 ]<9o>#3  
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: X@/wsW(kM\  
c0_512  
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。 @udc/J$  
6aWNLJ@  
光栅结构参数
kk OjAp{<t  
研究了一种矩形光栅结构。 dV^ck+  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 f'tQLF[r<  
根据上述参数选择以下光栅参数: j#l1KO^y  
光栅周期:250 nm c'Q.2^w^  
填充因子:0.5 $dKo}  
光栅高度:200 nm sqj8I"<`  
材料n_1:熔融石英(来自目录) [t*-s1cq  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) ?}S~cgL -  
 Sg(\+j=  
3g0v,7,Zv  
Qe]&  
偏振态分析 g}BS:#$  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 3'7X[{uBr  
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。 ;9)=~)  
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。 /1hcw|cfC  
>/.Ae8I)  
R78P](1\>  
jk])S~xl?  
模拟光栅的偏振态 D6'-c#  
yQFZRDV~  
3)l<'~"z<  
n]K{-C;  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: +X>Aj=#  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 xoQqku"vn  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 ZCDXy  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 QD 0p  
Tq%##  
Passilly等人更深入的光栅案例。 zB6&),[,v  
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。 U.ew6`'Te  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 j^Ln\N]^  
$ \ I|6[P  
tU-jtJ  
W)`H(J  
光栅结构参数 zbDK$g6  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 |W SvAM3  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 &qm:36Y7Xg  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 - ysd`&  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 # tU@\H5kN  
I$f'BAw  
?cD_\~  
光栅#1——参数 [t]q#+Zs  
假设侧壁倾斜为线性。 >NA{**$0  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 tSiQr I  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 D ~NWP%H  
光栅周期:250 nm fBP J8VY  
光栅高度:660 nm -B:O0;f  
填充因子:0.75(底部) ^E3 HY@j  
侧壁角度:±6° }vW3<|z  
n_1:1.46 'uLYah  
n_2:2.08 V&d?4i4/Q  
Rm@F9D[,  
f'u[G?C  
q94*2@KV  
光栅#1——结果 -n6T^vf  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 31mlnDif  
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。 v3]~*\!5  
?WrL<?r)}U  
  
h6e,w$IL  
sV`XJ9e|  
光栅#2——参数 D^w<V%] .  
假设光栅为矩形。 !jN$U%/,%.  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 9<*<-x{A17  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 4$4n9`odE  
光栅周期:250 nm /O$)m[  
光栅高度:490 nm Xgo`XsA  
填充因子:0.5 ~h444Hp=  
n_1:1.46 * Vymb  
n_2:2.08 jq+:&8!8(e  
mCEWp  
4?~Ei[KgQn  
\V9);KAOj  
光栅#2——结果 h>"Z=y  
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。 2Zw]Uu`sb  
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。 "C9.pdP\8  
   f{#Mc  
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b'4r5@GO  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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