首页
->
登录
->
注册
->
回复主题
->
发表主题
光行天下
->
讯技光电&黉论教育
->
衍射级次偏振态的研究
[点此返回论坛查看本帖完整版本]
[打印本页]
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。
@h5 Q?I
*7qa]i^]
0Qg%48u
d;a"rq@a)
任务说明
mo]>Um'F
xEB4oQ5
@^`5;JiUk
/x/W>J2
简要介绍衍射效率与偏振理论
USXPa[
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。
5;[0Q
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:
3]>YBbXvE
yCv"(fNQ
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。
_X)]/A%@
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:
8g/r8u~
Si|8xq$E;
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为
。
! &V,+}>)
mN#&NA
光栅结构参数
*T{KpiuP
研究了一种矩形光栅结构。
XlGB`P>?KD
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。
Lya?b
根据上述参数选择以下光栅参数:
%Jn5M(myC
光栅周期:250 nm
'IER9%V$
填充因子:0.5
`~@}f"c`u
光栅高度:200 nm
=OR&,xt
材料n_1:熔融石英(来自目录)
l> >BeZ
材料n_2:二氧化钛(来自目录)
os(}X(
6uFGq)4p@
94XRf"^
}Z`@Z'
偏振态分析
C,u;l~zz
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。
p-/}@r3Z+
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。
7p18;Z+6>X
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。
$P&27
*c@]c~hY,
_[ `"E'
.gI9jRdKw
模拟光栅的偏振态
gOk^("@
yAc}4*;T/
,]?l(H $x'
@HXXhYH
瑞利系数现在提供了偏振态的信息:
taOsC!Bp
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,
。这说明衍射光是完全偏振的。
iainl@3Qj
对于𝜑=22°,
。此时,67%的光是TM偏振的。
sQT,@'"
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。
3*b!]^d:D
Vs[!WJ 7
Passilly等人更深入的光栅案例
。
!Jo.Un7
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。
UmQ'=@^kR
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。
W&^2Fb
yDw^xGws
.{]=v
t,;b*ZR
光栅结构参数
;"GI~p2~7
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。
NPR{g!tK%
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。
*-9b!>5eD
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。
mH3{<^Z6
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。
k<S!|
=j~}];I
Th*mm3D6
光栅#1——参数
|zL .PS
假设侧壁倾斜为线性。
|&%l @X6
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
{EupB?
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。
|m7`:~ow
光栅周期:250 nm
RwwX;I"o%
光栅高度:660 nm
Qod2m$>wp}
填充因子:0.75(底部)
K#{E87G(
侧壁角度:±6°
1')/ BM2
n_1:1.46
l+ <x
n_2:2.08
'lNl><e-
k07) g:_
j|WaWnl=
Bj7\{x,?
光栅#1——结果
egi?Qg
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。
2=NYBOE
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。
9~mi[l~
y]\R0lR
(;h]'I@
j|(bDa4\
光栅#2——参数
_>:g&pS/
假设光栅为矩形。
Vt4}!b(O
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
ig/716r|
矩形光栅足以表示这种光栅结构。
$Y0bjS2J
光栅周期:250 nm
"WYcw\@U
光栅高度:490 nm
jIc;jjAF
填充因子:0.5
C5RDP~au
n_1:1.46
E(U}$Zey
n_2:2.08
(*fsv g~
AQ 7e
r5iO%JFg
cmN0ya
光栅#2——结果
P [nWmY
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。
25ZGuM
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。
n8G#TQrAE
p r0V) C6
:g9z^ $g
#-HN[U?Gs
zanmous
2022-07-20 10:03
shubucuo
查看本帖完整版本: [--
衍射级次偏振态的研究
--] [--
top
--]
Copyright © 2005-2025
光行天下
蜀ICP备06003254号-1
网站统计