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infotek 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  
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[attachment=124900] gVq;m>\|F  
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任务说明 @wpN6 /   
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[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 <(nF  
Passilly等人更深入的光栅案例。 7on.4/;M  
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。 @!`Xl*l  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 '+osf'&  
EQf[,  
[attachment=124910] M[6:p2u  
G '6@+$ppS  
光栅结构参数 0BIy>wy:  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 H*[ M\gN$  
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。 R{ a"Y$  
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。 8-BflejX  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。  _59huC.  
[attachment=124911] p1&b!*o-&  
[-\%4  
光栅#1——参数 kKAP"'v  
假设侧壁倾斜为线性。 GM3f- \/  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 f>W -  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 W}5xmz  
光栅周期:250 nm #a<Gxj  
光栅高度:660 nm c2&q*]?l;  
填充因子:0.75(底部) vU767/  
侧壁角度:±6° ,wIONDnLZ  
n_1:1.46 Pb?$t  
n_2:2.08 @^T1XX  
$Hj.{;eC/k  
[attachment=124912] AS\F{ !O  
 OU8Lldt  
光栅#1——结果 =K6($|'=  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 b*`lk2oMa/  
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。 .Yf:[`Q6g  
E=>FjCsu<-  
[attachment=124913]   <-[wd.M_  
=>M^02"  
光栅#2——参数 *g6n  
假设光栅为矩形。 a'2$nbp}  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ; mZW{j  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 cUY`97bn  
光栅周期:250 nm G&4&-<  
光栅高度:490 nm 8P1=[i]  
填充因子:0.5 h&--,A >  
n_1:1.46 K#pNe c  
n_2:2.08 EL(nDv  
1(|'WyD  
[attachment=124914] i[?Vin  
d4?Mi2/jF  
光栅#2——结果 /7}It$|nhy  
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。 D^=J|7e  
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。 FLGk?.x$\  
   `QyO`y=?[Y  
[attachment=124915]
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