首页
->
登录
->
注册
->
回复主题
->
发表主题
光行天下
->
讯技光电&黉论教育
->
衍射级次偏振态的研究
[点此返回论坛查看本帖完整版本]
[打印本页]
infotek
2024-12-18 14:34
衍射级次偏振态的研究
摘要
?:ZH%R_`a
\bg^E>-
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。
kK(633s
2#R"#Q!
g N[r*:B
>eXNw}_j
任务说明
9we=aX5
29GiNy+ob
dcA0k
4@5<B
简要介绍衍射效率与偏振理论
xnLf R6B
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。
F,D&
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:
IJ0RHDod:
RHxd6Gs"
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。
r'8e"pTi
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:
suVS!} C
#: F)A_Y
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
。
Z` Aiw."|
:+6m<?R)T
光栅结构参数
>8VJ!Kg4
研究了一种矩形光栅结构。
[`&cA#C9Yp
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。
z/TRqD
根据上述参数选择以下光栅参数:
QK72F
光栅周期:250 nm
E )PEKWK\
填充因子:0.5
lRrOoON
光栅高度:200 nm
R6!3Y/Q@
材料n_1:熔融石英(来自目录)
~5|a9HV:
材料n_2:二氧化钛(来自目录)
>!$4nxq2>
>ko;CQR
Kb}N!<Z*
$lv g.u
偏振态分析
B!<I[fvK
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。
(]pQ.3
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。
u66w('2
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。
h$k(|/+
u/MIB`@,
n_!&Wr^CX
MDlCU
模拟光栅的偏振态
bNC1[GG[
c(~M<nL0
sC#Ixq'ls7
YziQU_
瑞利系数现在提供了偏振态的信息:
GY!&H"%
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,
。这说明衍射光是完全偏振的。
Fm@GU
对于𝜑=22°,
。此时,67%的光是TM偏振的。
3w-0v"j U
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。
gt ?&!S^
c{E-4PYbah
Passilly等人更深入的光栅案例
。
[Nq4<NK
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。
:9)>!+|'
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。
H'Po
A(C3kISM
Lt*H|9
-AbA6_j
光栅结构参数
P}PSS#nn
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。
M_PL{
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。
ubgq8@;
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。
J3$ihH.
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。
/E*P0y~KTW
# ><.zZ
5Ph"*Rz%
光栅#1——参数
n"Ev25%
假设侧壁倾斜为线性。
F'"-4YV>&
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
3U}z?gP[
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。
X4o8
光栅周期:250 nm
($3QjH_@
光栅高度:660 nm
rsIjpPa
填充因子:0.75(底部)
IX3r$}4
侧壁角度:±6°
F|"NJ*o}
n_1:1.46
co;2s-X
n_2:2.08
ZJx:?*0a
:>cJ[K?0
C|>#|5XaF
Y!SD^Ie7!
光栅#1——结果
*zmbo >{(
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。
Wima=xYe\5
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。
ZGS=;jM
EswM#D9(4
H kg0;)
\^_F>M
光栅#2——参数
T$+}Srb
假设光栅为矩形。
Y H?>2u
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
{yJ{DU?%Y
矩形光栅足以表示这种光栅结构。
v7g-M
光栅周期:250 nm
q k !Q2W
光栅高度:490 nm
{i=qx#2X?H
填充因子:0.5
> sUk6Z~
n_1:1.46
,,i;6q_f
n_2:2.08
pa.W-qyu
{Xl 5F.q
OnD+/I
Z'u`)jR
光栅#2——结果
((H}d?^AJ
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。
V57^0^Zp`
与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。
`T}e3l
:CV&WP
6-<r@{m$
查看本帖完整版本: [--
衍射级次偏振态的研究
--] [--
top
--]
Copyright © 2005-2026
光行天下
蜀ICP备06003254号-1
网站统计