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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。 i1  
IspY%UMl  
ZJd1Lx   
3dC8MKPq0  
任务说明 MTa.Ubs  
YMJ?t"  
]W]Vkkg]  
fU$zG"a_  
简要介绍衍射效率与偏振理论 ZSHc@r*>  
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。 ?. CA9!|   
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: $T~|@XH  
CkIICx  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 RaG-9gujI  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: 0;o`7f  
O'o`  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 kE/>Ys@w  
*O+YhoR?  
光栅结构参数
w0VJt<e*  
研究了一种矩形光栅结构。 )7:2v1Xr]  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 N#Y4nllJ  
根据上述参数选择以下光栅参数: >H[&Wa+_  
光栅周期:250 nm ~E#>2Mh  
填充因子:0.5 fok OjTE  
光栅高度:200 nm /1t(e._  
材料n_1:熔融石英(来自目录) 6]7iiQz"H  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) N!aV~\E  
EcFYP"{U  
Rm"lRkY4I[  
j[9xF<I  
偏振态分析 5"k _Ms7R,  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 OP%h`  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ME{i-E4  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 eQJLyeR+  
1u 'x|Un  
,~%Qu~\  
r B)m{)  
模拟光栅的偏振态 6D@tCmmq  
-Z)$].~|t  
d8/lEmv[  
!uy?]l  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ngn%"xYX  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 6D6=5!l  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 kjJ\7x6M  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 (Sv7^}j  
|s[m;Qm[ku  
Passilly等人更深入的光栅案例 4f'WF5S/}8  
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。 + .mIC:9  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 {HlUV33O  
+|r) ;>b  
DTI+VY .W^  
E&jngxlN  
光栅结构参数 dGr Ow)  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 +);o{wfW  
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。 |C\g3N-  
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。 Xo;J1H  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 O"nY4  
J9mLW}I?NW  
>5i1M^g(  
光栅#1——参数 UdT ~ h  
假设侧壁倾斜为线性。 ko>SnE|w#  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 jrvhTej  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 &l-g3l[  
光栅周期:250 nm l92#F*  
光栅高度:660 nm `9kjYSd#E  
填充因子:0.75(底部) &B/cy<;y,  
侧壁角度:±6° DbH{; Fb  
n_1:1.46 )|q,RAn  
n_2:2.08 gjk=`lU  
2< qq[2  
T<mk98CdE  
mv)M9c,`  
光栅#1——结果 hm&{l|u{RU  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 /px*v<Aw1  
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。 kS[k*bN0  
hSQ P '6  
  
oy;N3  
cJGA5m/{I  
光栅#2——参数 na?jCq9C  
假设光栅为矩形。 U3&*,xeU@H  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 jCtl ]  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 -!I.:97 N  
光栅周期:250 nm VQ$=F8ivG  
光栅高度:490 nm x EOR\(Z^  
填充因子:0.5 acRPKTs H  
n_1:1.46 ?k<wI)JR  
n_2:2.08 f]0kG  
eWhv X9 <  
T=A7f6`  
v'Tk Kwl  
光栅#2——结果 44 o5I:  
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。 )><cL:IJ}S  
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。 L>).o%(R  
   tv,^ Q}  
d_QHm;}Cx  
yaa+j8s]  
zanmous 2022-07-20 10:03
shubucuo
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