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2024-01-09 08:05 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 *.sVr7=j /<@SFF. 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。 -fwoTGlX k9 "[H' [attachment=124900] gVq;m>\|F UDL!43K 任务说明 @wpN6 / >XY`*J^ [attachment=124901] 4}_j`d/8| NO|KVZ~ 简要介绍衍射效率与偏振理论 lD^]\;? 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。 4
Y;Nm1@ 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: ?EJD?,} [attachment=124902] {5%5}[/x 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。 T&%ux=Jt 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: :=/85\P0SU [attachment=124903] ?WF/|/ 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]。 |X0Y- wfU7G[ 光栅结构参数 TD'L'm|2 研究了一种矩形光栅结构。 T*#/^%HSG 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 q*\x0"mS/ 根据上述参数选择以下光栅参数: U}6.h&$ 光栅周期:250 nm *AoR==:ya 填充因子:0.5 qUjmB sB 光栅高度:200 nm +=q$ x Ia 材料n_1:熔融石英(来自目录) ]w;rfn9D 材料n_2:二氧化钛(来自目录) ^* J2'X38I Wc,~ { [attachment=124905] 4]h
=yc R J)`-+}7$v 偏振态分析 W=#:.Xj[ 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 3a?o3= 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 k5D%y3|9 为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 HG+%HUO$ lDOCmdt@N [attachment=124906] 7![,Q~Fy [`^a=:* 模拟光栅的偏振态 MS\>DW A*2
bA [attachment=124907] 85n1eE P%{^ i] 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: y.WEj?EL 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。 NWM8[dI 对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。
5&v~i\Q 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 7NDr1Z#B6V r30 < | |