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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。 Q`7!~qV0=  
A]Zp1XEG  
'AF2:T\  
N;F1Z-9  
任务说明 kN`[Q$B  
 &{7n  
 ^OI  
jm =E_86_  
简要介绍衍射效率与偏振理论 NO +j    
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。  uw LT$  
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: YUF!Y9!  
fg8V6FS  
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。 req=w;E:  
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: Umm_FEU#]  
b*nyt F  
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 Gu V -[  
1#^[{XlAx  
光栅结构参数
 k1L GT&  
研究了一种矩形光栅结构。 w(J-[t118  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 +IuV8XT2(  
根据上述参数选择以下光栅参数: 8!TbJVR  
光栅周期:250 nm H+F?)VX}oA  
填充因子:0.5 ba% [!  
光栅高度:200 nm 29Kuq;6  
材料n_1:熔融石英(来自目录) l'&l!D&   
材料n_2:二氧化钛(来自目录) itm;,Sbg  
LOX[h$  
p[0Ws460  
Ufv{6"sH  
偏振态分析 N Rcg~Nu  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 !__f  
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。 Ufq"_^4  
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。 %pc0a^iB  
<.l5>mgkCw  
1ScfX\ F=  
J6hWcA6 g  
模拟光栅的偏振态 "h7Z(Y  
$B~a*zZ7  
6aM`qz)  
m/0G=%d%k  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: L FHyiIO  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 ;p BXAl  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 B6 x5E  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 y@~.b^?_u  
KFA B  
Passilly等人更深入的光栅案例 }.NR+:0  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 oFoG+H"&7\  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 x4*8q/G=D  
*7ap[YXZ\w  
V3yO_Iqa  
&m'O :ZS2  
光栅结构参数 &'WgBjP  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 iFF/[P  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 YxS*im[%]  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 /# 0@C[9  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 To}L%)  
/p<mD-:.M  
IhM-a Y y5  
光栅#1——参数 qlPjz*<h"H  
假设侧壁倾斜为线性。 eP &K]#  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 y|.wL=;  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 Vn];vN  
光栅周期:250 nm j[iJo 5  
光栅高度:660 nm 7; T S  
填充因子:0.75(底部) @F=ZGmq  
侧壁角度:±6° 0 v/+%%4}  
n_1:1.46 Jfo|/JQ  
n_2:2.08 V *S|Qy!p  
QdO$,i'  
PA`b~Ct  
bCd! ap+#  
光栅#1——结果 nqgfAQsE)  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 F:hJ^:BP  
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@hCd)  
$T;3*D90  
  
1?7QS\`)fB  
/RX7AXXB  
光栅#2——参数 @{+*ea7M(`  
假设光栅为矩形。  vFl|  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 D@DK9?#  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 5mER&SX  
光栅周期:250 nm CtjjN=59  
光栅高度:490 nm tHJ1MDw'  
填充因子:0.5 168U-<  
n_1:1.46 q69a-5q  
n_2:2.08 _'2r=a#`  
:JW~$4  
JC>}(yQA  
/%)M lG  
光栅#2——结果 7:bqh$3!s  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 >f`}CLsY  
与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 Kz$Ijj  
   [jAhw>  
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zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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