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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 NygI67  
bV3lE6z  
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。 :HW>9nD.  
.^XH uN&  
" >6&+^BN'  
W@B7yP7Rz  
任务说明 DuF7HTN[K  
7Qh_8M  
r]t )x*  
k!doIMj  
简要介绍衍射效率与偏振理论 'XTs -=  
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。 6s,2NeVWa  
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: w4{y "A  
GOW"o"S  
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。 lA{(8sKN  
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: l(Cf7o!  
\|Qb[{<:,  
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 + v[O  
 E&%jeR  
光栅结构参数
T _~KxQ  
研究了一种矩形光栅结构。 Dq`~XS*  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 j@ C0af  
根据上述参数选择以下光栅参数: u)7 ]1e{  
光栅周期:250 nm SOH%Q_  
填充因子:0.5 l.7d$8'\  
光栅高度:200 nm sA\L7`2H  
材料n_1:熔融石英(来自目录) 8ath45G@  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) .&chdVcxyS  
4p x_ZD#J  
-]QguZE  
k6J\Kkk(  
偏振态分析 E{gv,cUM  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 {{E jMBg{  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ( 2zeG`  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 [tm[,VfA^  
F; a3  
U"B.:C2  
h^d\xn9GT#  
模拟光栅的偏振态 9>{t}I d  
OT+Ee  
)]A9~H  
M,JA;a, _  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: o4'Wr  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 k<,u0  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 <Cr8V'c  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 aG Ef#A  
xDLMPo&  
Passilly等人更深入的光栅案例 Q!x`M4   
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 _iq2([BpL  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 O8$~*NFJf  
t]r7cA  
Y.9~Bo<<r  
[88{@)  
光栅结构参数 ;'hi9L  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 Lxz  
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。 wH#-mu#Yl<  
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。 f^u^-l  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 '5V^}/  
yFi6jN#~  
j,4,zA1j|  
光栅#1——参数 +/w(K,  
假设侧壁倾斜为线性。 p6 <}3m$  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 m'SmN{(t  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 QS5H >5M)  
光栅周期:250 nm }ymc5-  
光栅高度:660 nm )X~#n  
填充因子:0.75(底部) m]1!-`(*  
侧壁角度:±6° 7:h<`_HT(X  
n_1:1.46 ZX h~ 79  
n_2:2.08 zfirb  
v8>!Gft  
@Mzz2&(d U  
Vj/fAHR`>'  
光栅#1——结果 90?,-6  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 erXy>H[;  
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。 .B6`OX&k  
(lieiye^  
  
6EZ1YG}  
z;U LQ  
光栅#2——参数 8znj~7}#  
假设光栅为矩形。 0n\^$WY  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Uld_X\;Q4  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 'xQna+%h  
光栅周期:250 nm R04.K !  
光栅高度:490 nm iwB8I^  
填充因子:0.5 kpl~/i`4  
n_1:1.46 }Z"28?  
n_2:2.08 0GS{F8f~,  
692Rw}/  
{3.*7gnY\L  
y#&$ f  
光栅#2——结果 )\D2\1e(c  
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。 O<4Q$|=&?  
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。 1 pa*T!  
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