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2024-01-09 08:05 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 'B$qq[l]S YW)&IA2 光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 VtC1TZ3-7 fk:oCPo [attachment=124900] -<WQ>mrB& l+i9)Fc<i 任务说明 /YH5s= hKYA 5] [attachment=124901] NhA_dskvo A{b?ZT~2] 简要介绍衍射效率与偏振理论 3 ~^ }R 某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 A!j6JY.w 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: .jC-&(R
+ [attachment=124902] 'Ijjk`d&c
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 `l8^n0- 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: N_"mC^Vx [attachment=124903] :If1zB) 因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为[attachment=124904]。 N!&$fhY) RtVG6'Y 光栅结构参数 i@}/KT 研究了一种矩形光栅结构。 Lz'05j3! 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 7-hSso.' 根据上述参数选择以下光栅参数: -hIDL'5u-I 光栅周期:250 nm bl;C=n 填充因子:0.5 %}asw/WiUa 光栅高度:200 nm e8"?Qm7 J 材料n_1:熔融石英(来自目录) >O:j.(*! 材料n_2:二氧化钛(来自目录) Jr4^@]78o< vg5;F[e [attachment=124905] n/fMq,<8 [LJ1wBMw 偏振态分析 {]w@s7E 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 OK}+:Y 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。 `kdP)lI
` 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。 vpGeG h)qapC5z, [attachment=124906] E%vG# ^Pk-<b4} 模拟光栅的偏振态 71?>~PnbH} ;nbUbRb [attachment=124907] *VFUC: i|5 K4Puu 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 420cJ{;A 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。 x;cjl6Acm 对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。 Ol9'ZB|R 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ( &U8NeWZ \*0ow`|K Passilly等人更深入的光栅案例。 BEkxH. 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。 u^T{sQ"_ 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 [C]u!\(IF n3t0Qc [attachment=124910] b[3K:ot+ 0N~AQu 光栅结构参数 ~97T0{E3 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 `eat7O 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。 DV(^h$1_ 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。 A3C#wJ 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 vt" 7[!O [attachment=124911] (0Xgv3wd {U&*8Q(/ 光栅#1——参数 AK/_^?zA s 假设侧壁倾斜为线性。 $ 4\,a^ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 'mz
_JM 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 VQ/<MY C 光栅周期:250 nm
p2;-*D 光栅高度:660 nm {]aB3 填充因子:0.75(底部) vt3yCS 侧壁角度:±6° xG05OqKpE n_1:1.46 gu[3L n_2:2.08 c[4H $:R"IqDG [attachment=124912] iD)R*vnAi er Cl@sq 光栅#1——结果 Ldnw1xy 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ]urrAIK 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。 CY&Z*JI"'B T/#$44ub [attachment=124913] t0*JinKI }5Yd:%u5 光栅#2——参数 RzG<&a3B3s 假设光栅为矩形。
[]D@"Bz 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -v *wT*I1 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ppt`5F O 光栅周期:250 nm -z]v"gF?Px 光栅高度:490 nm w\U
fq 填充因子:0.5 _q >>]{5 n_1:1.46 ~l~ai>/ n_2:2.08 Re3vW re vDgf} [attachment=124914] -MrEJ N-fGc?E 光栅#2——结果 |kL^k{=zV 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。 9S
~!!7oj 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。 kK]JN 9IgozYj [attachment=124915]
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