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2024-12-18 14:34 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 1]j_4M14aA d ;W(Vm6 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。 ,zY!EHpx <sq@[\l}a
SZQ4e A1,- qv1s 任务说明 z!6:Dt6^ RW.
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7`f',ZK% 7T3ub3\ 简要介绍衍射效率与偏振理论 *qm@;!C 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。 .5x+FHu7 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: .\>I-
c0%%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。 p4OiCAW; 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: )
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X6dv+&=? 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 。 Gp/yr vc_ 5!K%[ 光栅结构参数 X4R+Frt8 研究了一种矩形光栅结构。 r%/*,lLO 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 L4'FL?~I 根据上述参数选择以下光栅参数: Lh5d2}tcO 光栅周期:250 nm 2 nRL;[L*. 填充因子:0.5 z@0*QZ.y1 光栅高度:200 nm Ysk,9MR(F 材料n_1:熔融石英(来自目录) H `V3oS~} 材料n_2:二氧化钛(来自目录) @ 0RB.-
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C +%&!Q %?3\gFvBo 偏振态分析 bstc|8< 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 ]jz%])SzH 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。 kMHupROj 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。 dik+BBu5z ='0f#>0Q
< g<Lf[n$ YpT x1c- 模拟光栅的偏振态 e:Zc- u,e(5LU
KGclo-, _Z|s!~wdz 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ^ )Lh5 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 e%'$Vx0kA 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 D/w4u;E@ 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 yVyh'd:Ik tZ]|3wp Passilly等人更深入的光栅案例。 ,))UQ7N Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 bqXCe\# 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 V6,D~7 an 3"y6.8
7RmL#f` T{={uzQeJJ 光栅结构参数 pHFh7-vj 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 H V`{YuP 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 3:i4DBp,i 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 4-4lh
TE( 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 Ek +L"7
9lA@ K[ mN^92@eebC 光栅#1——参数 @+VvZc2Y 假设侧壁倾斜为线性。 0KyujU?sF 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 kSH3)CC P 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 <_02)6j 光栅周期:250 nm 2sjP": 光栅高度:660 nm /LM*nN$% 填充因子:0.75(底部) ~y}M
GUEC 侧壁角度:±6° 5r<%xanXW/ n_1:1.46 :z%vNKy1 n_2:2.08 H(ht{.sjI =z]&E 78Y
zYdSg<[^ O`O{n_o^u 光栅#1——结果 ch<Fi%) 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 X-! yi 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。 Jp.Sow kx'ncxN~
br}.s@~ xDu11W+g 光栅#2——参数 e|
(jv<~r 假设光栅为矩形。 !Y-MUZ$f 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 +15j^ Az 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 j?1\E9&4-Q 光栅周期:250 nm Z9ciS";L 光栅高度:490 nm %*<k5#Yq 填充因子:0.5 g# :|Mjgh n_1:1.46 9U6y<X n_2:2.08 FpE83}@".w 9u1)Kr=e
M}}9 Hjli)*ev 光栅#2——结果 =/J4(#Xb 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。 r_]wa 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。 bvn?wK r!yrPwKL
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