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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。 $*ujX,}xG  
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F2yc&mXyk  
>}` q4U6$  
任务说明 zK`z*\  
2<jbNnj  
<QGf9{m  
v%(2l|M  
简要介绍衍射效率与偏振理论 lPL>8.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。 x4jn45]x@  
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: \8%64ZL`  
0GW(?7ZC  
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。 q(0V#kKC  
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: +;7Rz_.6f  
1*{` .  
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 xWX1P%`  
X kZ82w#b  
光栅结构参数
6@`Y6>}$_  
研究了一种矩形光栅结构。 %xE\IRlR  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 0*S2_&Q)  
根据上述参数选择以下光栅参数: k H Y  
光栅周期:250 nm ;EZ$8|  
填充因子:0.5 dALJlRo"  
光栅高度:200 nm qF m=(J%  
材料n_1:熔融石英(来自目录) [m7^Euury  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) zG|}| //}  
;W6P$@'zs  
&]gw[ `  
CN6@g^)P  
偏振态分析 &KC^Vn3Nj  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 KN>U6=WN  
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。 ; ]GSVv:  
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。 $Yh7N5XH,  
uop|8n1  
X(F 2 5  
j8*fa  
模拟光栅的偏振态 o*7`r~  
kIS_ 6!  
,"!t[4p=f  
tZR%s  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: .Cfi/  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 6]#pPk8[Z  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 c?;~ Z  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 )h-Qi#{  
`~'yy q  
Passilly等人更深入的光栅案例 Td%[ -  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 `!<RP'  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 '&{`^l/ MH  
aW-'Jg=@H^  
~ow_&ftlo  
i;!#:JX  
光栅结构参数 ^nn3;  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ,B ]kX/W  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 j #e^PK <  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ndEW$?W,  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 L=W8Q8hf  
z>$AZ>t%J$  
1:S75~b-`  
光栅#1——参数 \Ub=Wm\  
假设侧壁倾斜为线性。 S<"T:Y &  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 R(Y4nw+Y-  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 p3Uus''V4  
光栅周期:250 nm ,zmGKn#n2  
光栅高度:660 nm "I.PV$Rxl  
填充因子:0.75(底部) |` gSkv  
侧壁角度:±6° b= <xzvy  
n_1:1.46 '(M8D5?N-  
n_2:2.08 };%l <Ui;  
~Y^ UP  
 w.kb/  
jFYv4!\ju  
光栅#1——结果 0^htwec!  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 zx  
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。 }lzUl mRTe  
Dg]( ?^  
  
FL -yt  
@ m14x}H  
光栅#2——参数 V4Yw"J  
假设光栅为矩形。 .0$$H"t  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 :n36}VG|  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 >W%tEc  
光栅周期:250 nm J6}J/  
光栅高度:490 nm tm27J8wPzV  
填充因子:0.5 =#qf0  
n_1:1.46 Zr`pOUk!4  
n_2:2.08 +/,J$(  
 p]z *  
9(`d h  
x5/O.5>f  
光栅#2——结果 'yG9Rt  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 5"1kfB3v  
与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 bL>J0LWQ  
   6`$HBX%.K  
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zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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