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infotek 2024-01-09 08:05

衍射级次偏振态的研究

摘要 v9t'CMU  
yaHkWkl =  
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。 cnG>EG  
2%H_%Zu9  
[attachment=124900] .I^Y[_.G  
} R hSt]  
任务说明 Sj8fo^K50  
"`a,/h'  
[attachment=124901] a [f}-t9  
jz\>VYi(7  
简要介绍衍射效率与偏振理论 f&$$*a  
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)j!m`  
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: {?3i^Q=V  
[attachment=124902] 4>N ig.#   
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。 <9;X1XtpI  
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: zMO xJ   
[attachment=124903] lhBAT%U\  
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]。 wx2 z9Q  
IZd~Am3f  
光栅结构参数 ?]TtUoY=)F  
研究了一种矩形光栅结构。 \vW'\}  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 c/(Dg$DbX  
根据上述参数选择以下光栅参数: ZA'0 q  
光栅周期:250 nm ]^@m $O  
填充因子:0.5 ~ntDzF  
光栅高度:200 nm (^<skx>  
材料n_1:熔融石英(来自目录) b,(<74!#8  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) <LX-},?P  
N[yS heT  
[attachment=124905] IhK%.B{dZ  
R+Ug;r-[  
偏振态分析 ^Q!A4 qOQ  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 7!6v4ZA  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 4'N 4,3d$  
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。 JbXi|OS/  
zzT4+wy`  
[attachment=124906] Go[anf  
m\|EM'@k  
模拟光栅的偏振态 -"bC[WN  
jgfr_"@A  
[attachment=124907] iU# "G" &  
^r{N^  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 5/HkhT yj  
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。 81)i>]  
对于𝜑=22°,[attachment=124909]。此时,67%的光是TM偏振的。 j`MK\*qmz  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 YH{n   
Sa:;j4  
Passilly等人更深入的光栅案例。 %e+*&Z',  
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。 RiIafiaD  
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*aH6*  
-L wz T  
[attachment=124910] (:}}p}u  
g$qM}#s0}  
光栅结构参数 3u,B<  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 FbW$H]C$  
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。 Xp fw2;`U'  
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。 @q{.shqo  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 IPt !gSp  
[attachment=124911] hF5(1s}e$  
/9?yw!  
光栅#1——参数 (!9+QXb'  
假设侧壁倾斜为线性。 qGP}  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 pLMaXX~4_  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 s Dsq:z  
光栅周期:250 nm KfQR(e9n   
光栅高度:660 nm IL"N_ux~w~  
填充因子:0.75(底部) "2PT]!  
侧壁角度:±6° Cli:;yi&n  
n_1:1.46 }gd'pgN"t  
n_2:2.08 cPg{k}9Tvy  
,z> w^_  
[attachment=124912] A5sz[k  
^szi[Cj  
光栅#1——结果 Qr?1\H:Lq  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 3L{)Y`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。 g3(LDqB'.  
@\a~5CLN  
[attachment=124913]   nt%p@e!,  
8wn{W_5a  
光栅#2——参数 ff00s+  
假设光栅为矩形。 x]t$Zb/Uxa  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 B_XX)y%V  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ,}wFQ9*|W  
光栅周期:250 nm kX+98?h-C  
光栅高度:490 nm as[! 9tB]  
填充因子:0.5 .sKfwcYu4  
n_1:1.46 r^ABu_u(`I  
n_2:2.08 |n~,{=  
6r`Xi&  
[attachment=124914] 4`") aM  
CW]Th-xc  
光栅#2——结果 NB-%Tp*d  
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。 (ki= s+W-  
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。 J :KU~`r  
   SnM^T(gtS3  
[attachment=124915]
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