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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。 63J3NwFt  
'wtb"0 }  
tQRbNY#}Z  
~5h4 Gy)  
任务说明  otfmM]f  
ah f,- ?S  
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SjpCf8Z(  
简要介绍衍射效率与偏振理论 pC0gw2n8 M  
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。 pdER#7Tq  
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: A,tg268  
1*G&ZI  
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。 &WLN   
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: Z.!<YfA)  
}!k?.(hpE  
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 XR9kxTuk  
`?.6}*4@_A  
光栅结构参数
qoH:_o8ClO  
研究了一种矩形光栅结构。 9M'"q7Kh  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 {D^ )% {  
根据上述参数选择以下光栅参数: GM9[ 0+u;  
光栅周期:250 nm 3UW`Jyd`k  
填充因子:0.5 >yLDU_P)  
光栅高度:200 nm N\&VJc  
材料n_1:熔融石英(来自目录) lhJY]tQt/  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) xzOvc<u  
Sz<:WY/(x  
%'h:G Bkd  
W( sit;O  
偏振态分析 H)E,([   
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 $*$4DG1gaR  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 1 oKY7i$  
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。 X]2Ib'(  
UMBeY[ ?  
'YG P42#  
k$m'ebrS.~  
模拟光栅的偏振态 9z{}DBA  
*0@Z+'M?  
E$4H;SN \  
-c1-vGW/  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Yc-5Mr8*,  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 "N_@q2zF  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 a6ryyt 5  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 42hG }Gt  
S1)g\Lv  
Passilly等人更深入的光栅案例 p=eSJ*  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 RrrlfFms  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 SeS ZMv  
% q!i  
)BI%cD  
>7X5/z  
光栅结构参数 %La/E#  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 N4-Y0BO  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 jqj}j2 9  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 >k@{NP2b  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^/Yk*Ny  
_X<V` , p  
S/y(1.wh  
光栅#1——参数 WuF\{bUh  
假设侧壁倾斜为线性。 g(s}R ?  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 zK1\InP  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 oa7 N6  
光栅周期:250 nm Wt!;Y,1 s  
光栅高度:660 nm A>F&b1  
填充因子:0.75(底部) PIFZ '6gn  
侧壁角度:±6° H&F2[j$T  
n_1:1.46 +kxk z"fP  
n_2:2.08 SI%J+Y7  
#=Xa(<t  
:mCGY9d4L  
wod{C!  
光栅#1——结果 n]5Pfg|a  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 I 6<LKI/  
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。 U:MZN[Cc[  
>tL" 8@z9  
  
s:,fXg25J  
=yqg,w&Q  
光栅#2——参数 ka R55  
假设光栅为矩形。 Cx(HsJ! ,  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 E6G;fPd= E  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 yfFe%8w_vw  
光栅周期:250 nm F3Vvqt*2  
光栅高度:490 nm 6~s{HI!  
填充因子:0.5 >B;S;_5=  
n_1:1.46 \B/( H)Cd*  
n_2:2.08 EOqV5$+  
^H<VH  
GLV`IkU %  
CSm(yB{|pC  
光栅#2——结果 R5uz<  
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。 5/m*Lc+r  
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。 T%}x%9VO7  
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G Wj !n  
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zanmous 2022-07-20 10:03
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