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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 ZnbpIJ8cV  
"}uu-5]3  
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。 WVyq$p/V  
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muK)Y w[#N  
F":dS-u&L  
任务说明 h9A=20fj  
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('_S1?y  
Odt<WG  
简要介绍衍射效率与偏振理论 +ZwTi!W  
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。 tr 8Q{  
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: q<g!bW%  
W.7u6F`  
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。 iee`Yg!EOH  
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: Y% [H:  
usugjx^p  
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。 "g!/^A!!  
Y^?PHz'Go  
光栅结构参数
SZgan  
研究了一种矩形光栅结构。 Zg])uM]\2i  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 >vfLlYx  
根据上述参数选择以下光栅参数: h=cA]^:=  
光栅周期:250 nm /X\:3P  
填充因子:0.5 e $5s],,n  
光栅高度:200 nm j;rxr1+w  
材料n_1:熔融石英(来自目录) y3 S T"U  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) \cAifU  
M w+4atO4[  
49#?I:l  
o, qBMo^.  
偏振态分析 28,HZaXhc  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 <daBP[  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 HtI>rj/\ x  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。  YP}r15P  
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s[/)v:  
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模拟光栅的偏振态 ]O68~+6  
cT^x^%  
gG6BEsGa,  
Q"{Q]IT  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: r%oXO]X  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 v.]W{~PI2V  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 )0@&pEObm  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 `l}r&z(8  
Ru`7Xd.  
Passilly等人更深入的光栅案例。 U[l{cRT   
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 \E:l E/y  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 E@ !~q  
6?jSe<4x  
y +c 3#  
fxX4 !r  
光栅结构参数 4}=Z+tDu>  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 h|&qWv  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 bMF`KRP2  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 r)t-_p37  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 8U&93$  
*Ry "`"  
?9AtFT  
光栅#1——参数 u'EzYJ7  
假设侧壁倾斜为线性。 bG9$&,  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #_OrS/H  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 +aIy':P  
光栅周期:250 nm <q#/z&F!  
光栅高度:660 nm <</ Le%  
填充因子:0.75(底部) HTUY|^^D  
侧壁角度:±6° H;eOrX {GT  
n_1:1.46 9 l9|w4YJs  
n_2:2.08 t12 xPtN1  
J#& C&S 2  
Lv?e[GA  
{VrjDj+Xy  
光栅#1——结果 .9;wJ9Bw[  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 \?.Tq24  
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。 27KfT] =  
QZ51}i  
  
0?nm`9v6  
%7bZnK`C  
光栅#2——参数 Fs EPM"&?h  
假设光栅为矩形。 F45UO%/P  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。  Enj],I  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 :.M"M$MRp8  
光栅周期:250 nm BWN[>H %S  
光栅高度:490 nm (Q09$  
填充因子:0.5 !EQMTF=(  
n_1:1.46 >Kc>=^=5  
n_2:2.08 x GHS  
"Aq-H g  
GM<r{6Qy  
R\wG3Oxol  
光栅#2——结果 aGz <Yip  
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。 Ll L8Q  
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。 `o~9a N  
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