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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。 meV Z_f/  
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aE)1LP  
任务说明 $*X?]?  
HRE?uBkjf  
5TpvJ1G  
g`'!Vgd?M[  
简要介绍衍射效率与偏振理论 /_J{JGp9  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 <& PU%^Ha  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: ~{{S<S v  
 YMv}]  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 d.w]\  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: ~Sb)i f  
!l#aq\:}~e  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 @Hp%4$=  
L"9Z{o7  
光栅结构参数
KNN{2thy `  
研究了一种矩形光栅结构。 iNkN'("  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 >CrrxiG  
根据上述参数选择以下光栅参数: V Zbn@1  
光栅周期:250 nm nU{Qi;0  
填充因子:0.5 _/Ve~( "  
光栅高度:200 nm "__)RHH:8  
材料n_1:熔融石英(来自目录) IfB .2e`  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) u =L Dfn  
%`s#p` Ol1  
2>X yrG  
ygja{W.  
偏振态分析 T&/ n.-@nk  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。  #9}1Lo>  
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。 + @fEw  
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。 *^; MWI  
RrBG=V  
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gzhIOeY  
模拟光栅的偏振态 ]m`:T  
DFZ0~+rh  
ehB '@_y  
AfO.D ?4x  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Ppl :_Of  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 R73@!5N%  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 go=xx.WJ  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 aJ=)5%$6kc  
*"_W1}^  
Passilly等人更深入的光栅案例 'W9[Vm  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 4w9=z,  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 X4\T=Q?uLx  
aUa+]H[  
JT<JS6vw#  
~eP~c"L  
光栅结构参数 0 5?`W&:9  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ;,]4A{|  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 bYQ@!  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 Sru0j/|H\  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 I8@leT\9M  
;{wzw8!  
73!NoDxb  
光栅#1——参数 zobFUFx  
假设侧壁倾斜为线性。 z"  z$.c  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 _?felxG[  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 WRbdv{ 1E  
光栅周期:250 nm 80%"2kG  
光栅高度:660 nm 7~1Fy{tc  
填充因子:0.75(底部) wO!>kc<  
侧壁角度:±6° o@ ^^;30  
n_1:1.46 `%Kj+^|DS  
n_2:2.08 )AieO-4*  
[Pq |6dz  
{%('|(57  
>_]Ov:5  
光栅#1——结果 p;o"i_!  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 =C(BZ+-^  
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。 Kn1u1@&Xd  
RFe># o  
  
8N j}  
OUN~7]OD%  
光栅#2——参数 ?G9DSk?6%Z  
假设光栅为矩形。 G]xN#O;  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 uj%]+Llxv  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ODpAMt"  
光栅周期:250 nm ]3]B$  
光栅高度:490 nm )2d1@]6#  
填充因子:0.5 X}={:T+6s  
n_1:1.46 753gcY#i  
n_2:2.08 \(^]R,~*!b  
\zA3H$Df~  
w D6QN  
Pu!C,7vUQ  
光栅#2——结果 tycVcr \(  
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。 6 AY~>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。 =b)!l9TX  
   :SMf (E 5  
) .V,zmI  
SFP?ND+7  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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