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2024-01-09 08:05 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 d/3bE*gr
D9 Mst6 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。 {Hie%2V f8\D AN [attachment=124900] VnqcpJ Y(] W+k< 任务说明 U'^ G-@ Rh!m1Q(- [attachment=124901] *0vRVlYf @EURp 简要介绍衍射效率与偏振理论 .F'Cb)Z 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。 s?"\+b 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[OF8yhW [attachment=124902] <`WDNi$Y 其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 gL~3z'$ 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: P1z:L [attachment=124903] IAWs}xIly 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]。 9@?|rje9 nXk9
IG( 光栅结构参数 2I3H?Lrx!m 研究了一种矩形光栅结构。 E@%1HO_ 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 mE;^B%v 根据上述参数选择以下光栅参数: bxPJ5oT 光栅周期:250 nm CfO{KiM(2 填充因子:0.5 BUdO:fr 光栅高度:200 nm :`K2?;DC8 材料n_1:熔融石英(来自目录) vM-kk:n7f 材料n_2:二氧化钛(来自目录) i03=Af3 ~;-2eKw [attachment=124905] nltOX@P- j >`FZKxp 偏振态分析 8QMMKOui\ 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 m^zD'] 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。 8#R%jjr%T 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。 &> _aY # A
k~|r#@ [attachment=124906] ^Y!$WP I %sw(uoE 模拟光栅的偏振态 ]<ay_w; dKP| TRd [attachment=124907] H@1qU|4 dNCd-ep 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: @Z7s3b 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,[attachment=124908]。这说明衍射光是完全偏振的。 9':Hh' 对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。 *NM* 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 w11L@t[5W8 dQFUQ Passilly等人更深入的光栅案例。 =*.S<Ko) Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 c,]fw2 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 _{
2`sL) )Jw$&%/{1 [attachment=124910] U6o]7j&6
_,v>P2) 光栅结构参数 9xK#(M 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。
1D2RhM% 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。 *v: .]_; 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。 P(o>UDy 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 C!nbl+75 [attachment=124911] ug'^$geM ^jcVJpyT@R 光栅#1——参数 ]zj&U#{ 假设侧壁倾斜为线性。 GO*D4<#u 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 a[,p1}!_ 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 L^PBcfg 光栅周期:250 nm t\PSB 光栅高度:660 nm 1(_[awBx 填充因子:0.75(底部) YG5mzP<T 侧壁角度:±6° * *oDQwW]* n_1:1.46 h`eHoKJ#w n_2:2.08 Lo Y*,Aa& W<TfDEEa [attachment=124912] qv>l "\]]?& 光栅#1——结果 `,Y3(=3Xe? 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 &T ^bv*P 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。 PBcb*7W \@T;/Pj{[ [attachment=124913] T1 1>&K) '#oH1$W] 光栅#2——参数 #;+SAoN
假设光栅为矩形。 -G'3&L4
D 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -i_XP]b& 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 b/\l\\$- 光栅周期:250 nm &m]jYvRc 光栅高度:490 nm $" =3e]< 填充因子:0.5 J/,m'wH n_1:1.46 T.B7QAI. H n_2:2.08 <xrya_R? 5{IbKj| [attachment=124914] ELg$tc -6X+:r`>u 光栅#2——结果 M"msLz 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=z\,~b 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。 r^ ' ?(}~[ [attachment=124915]
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