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infotek 2024-01-09 08:05

衍射级次偏振态的研究

摘要 n/S+0uT  
-F MonM  
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。 <,D*m+BWn  
Zn[ppsz|  
[attachment=124900] >T-4!ZvS\j  
1x%B`d  
任务说明 (p<pF].  
[v`kqL~  
[attachment=124901] l z-I[*bA  
zE~Xx p  
简要介绍衍射效率与偏振理论 K D?b|y @  
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。 W2'!Pc,W  
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: BvUiH<-D  
[attachment=124902] n#@Qd!uzM  
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。 mhB2l/  
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: h J0U-m  
[attachment=124903] SmIcqM  
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[attachment=124904]。 AREjS $  
<y?=;54a  
光栅结构参数 +wxsAGy_j  
研究了一种矩形光栅结构。 5lM2nhlf'b  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 Sa kew  
根据上述参数选择以下光栅参数: gtePo[ZH.P  
光栅周期:250 nm _ ,/~P)  
填充因子:0.5 5JHEBw5W%  
光栅高度:200 nm -:E~Z_J`  
材料n_1:熔融石英(来自目录) NpaS2q-d  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) u@CQ+pnf:(  
W/AF  
[attachment=124905] *ifz@8C }  
keFH CC  
偏振态分析 5~j#Z (}u  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 e .~11bx  
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。 D~#%^a+Aq_  
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。 2;0eW&e   
|Wjpnz  
[attachment=124906] G? XS-oSv  
hidQOh  
模拟光栅的偏振态 ,[)l>!0\H  
 uxB`  
[attachment=124907] P=_fYA3  
Hf\sF(, (  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: tRZ4\Bu  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,[attachment=124908]。这说明衍射光是完全偏振的。 {M5t)-  
对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。 b?c/J {me  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 qR_>41JU"  
D:f=Z?L)>  
Passilly等人更深入的光栅案例。 %qiVbm0  
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。 lo(C3o'  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Jv+w{"&  
Q;g7<w17  
[attachment=124910] O9ps?{g  
sRA2O/yKCE  
光栅结构参数 _OyQ:>M6P  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 x7U=1y(  
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。 W\NC3]  
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。 23WrJM!2N  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 >6HGh#0(p  
[attachment=124911] 6(rN(C  
"ayV8{m^3  
光栅#1——参数 N+@ Ff3M  
假设侧壁倾斜为线性。 t>/x-{bH\  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 S#?2E8  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 3 h d30o  
光栅周期:250 nm sQac%.H;`U  
光栅高度:660 nm JE7m5k Ta  
填充因子:0.75(底部) 6{Q-]LOc[.  
侧壁角度:±6° .<F46?HS  
n_1:1.46 j~G(7t  
n_2:2.08 dpw-a4o}  
e-`.Ht  
[attachment=124912] eNK[P=-  
DZtpY {=Z  
光栅#1——结果 #-<Go'yF  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 [I3Nu8  
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。 t4[q :[1  
@,TIw[p  
[attachment=124913]   Z17b=x Jw  
k#Sr;"  
光栅#2——参数 YE~IO5   
假设光栅为矩形。 _ERtL5^  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 T \uIXL?3  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 6]Hwr_/tk  
光栅周期:250 nm $Gv@lZ@=  
光栅高度:490 nm .R)P |@z L  
填充因子:0.5 _&BK4?H@b  
n_1:1.46 8O9^g4?  
n_2:2.08 dAx ? ,  
Z%]K,9K  
[attachment=124914] -smN}*3[  
)>:~XA|?  
光栅#2——结果 jRU: un4  
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。 1 >j,v+  
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。 "u!gfG?oH  
   Y~g{9 <!  
[attachment=124915]
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