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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 9,`WQ+OI  
)f*&}SV  
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。 s34{\/'D+  
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任务说明 ?E^~z-  
M// q7SHh  
kHo0I8  
QPg QM6  
简要介绍衍射效率与偏振理论 =v:vc~G6  
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。 DJS0;!# |O  
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: 8jMw7ti  
r0+lH:G*q  
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。 + Hc[5WL  
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: X#Y0g`muW  
/[q6"R!uMz  
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 Cf91#% :cN  
3 i Id>  
光栅结构参数
+j1s*}8  
研究了一种矩形光栅结构。 eY-W5TgU  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 kl?U 2A.=  
根据上述参数选择以下光栅参数: l<ag\ d  
光栅周期:250 nm r? nvJHP  
填充因子:0.5 sG=D(n1  
光栅高度:200 nm -Ds}kdxw  
材料n_1:熔融石英(来自目录) AME3hA  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 6y)TXp  
Pv17wUB  
?T3zA2  
"T=Z/@Vy  
偏振态分析 P(l$5x]g,  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 EcxPbRg  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ` .|JTm[  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 j1Fy'os"!  
UOJx-o!c?  
",!#7h  
?3D|{  
模拟光栅的偏振态 ~Z9Eb|B  
NoTEbFrV  
c@wSv2o$  
AyKvh  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: A'vQtlvKA  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 2BZYC5jy  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 N: ?UA  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ZJ}9g(X..g  
'3TwrY?-  
Passilly等人更深入的光栅案例 gqV66xmJ3  
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。 a8ya5EO  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 _1Iy/T@1  
7r;7'X5  
7#d>a=$h  
FJ XYKpY[r  
光栅结构参数 '#RzX8|v<  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 PP)iw@9j  
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。 ~QgyhJM_h=  
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。 GKT2x '(e  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 t"x 8]Gy  
4<}!+X7m  
Q6blX6DWU  
光栅#1——参数 .1n=&d|  
假设侧壁倾斜为线性。 z"#iG&>a,  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 "yaz!?O>  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 KZy2c6XO;  
光栅周期:250 nm )4:K@  
光栅高度:660 nm \|e>(h!l;  
填充因子:0.75(底部)  lS@0 $  
侧壁角度:±6° HYcLXhvgu  
n_1:1.46 = og>& K  
n_2:2.08 KuBN_bd  
21NGsG  
$HgBzZ7A2  
O2i7w1t  
光栅#1——结果 LLyw9y1  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 `+DH@ce  
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。 Lx%*IE|c  
F1_s%&  
  
gu?e%]X3  
7LEB ,bU  
光栅#2——参数 44Dytpvg  
假设光栅为矩形。 (=A61]yB  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .8o?`  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 "PgVvm#w'  
光栅周期:250 nm J?6.yL;  
光栅高度:490 nm Xir ERc.e  
填充因子:0.5 ?'_Ty`vT  
n_1:1.46 E_q/*}]pE  
n_2:2.08 r]q;>\T'  
G^r`)ND  
D;nd_{%  
LZ#=Ks  
光栅#2——结果 ;R5@]Hg6q  
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。 EdL2t``  
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。 DWv(|gO  
   1G}f83yR  
6=cfr; BH2  
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