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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 9we];RYK  
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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。 +(Y\w^@%H  
H s)]  
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任务说明 W,~*pyLdO  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 <uIPv Zsx  
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。 O5du3[2x7a  
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: )[hs#nKTh  
.U(6])%;@  
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。 xd3mAf  
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: 5tv*uz|fv  
8TYh&n=r  
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 @16y%]Q-E#  
V.3#O^S  
光栅结构参数
TJNE2  
研究了一种矩形光栅结构。 ;s3@(OnjZ  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 7eq.UyUxs  
根据上述参数选择以下光栅参数: 9>+>s ?IgK  
光栅周期:250 nm (NUXK  
填充因子:0.5 g{DOQA  
光栅高度:200 nm NH/jkt&F[  
材料n_1:熔融石英(来自目录) T\wOGaCW  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) 4oF,;o+v\4  
R@WW@ Of  
a?Om;-i2`S  
QPVr:+\B{  
偏振态分析 blz#M #  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 e77s?WxbK  
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。 ? Zv5iI  
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。 yzpa\[^  
Rt%Dps%  
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模拟光栅的偏振态 y~_x  
Bptt"  
N cHCcc  
#O^zA`D   
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Ql7opl,  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 M-Nn \h$,  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 hW,GsJ,  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 m$Tt y[0  
a[^dK-  
Passilly等人更深入的光栅案例 ?{Xp'D\z  
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。 M]\"]H?  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 d{!zJ+n  
avS9"e  
" 6$+B/5  
dkEnc  
光栅结构参数 + $~HRbo  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 xT9+l1_  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 u@wQ )^  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 .hvn/5s  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 I |D]NY^  
fv3)#>Dgp>  
Y!E| X 3  
光栅#1——参数 /-pop]L  
假设侧壁倾斜为线性。 (K"t</]  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 B7ys`eiB5C  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 JvUHoc$sI  
光栅周期:250 nm D/{Spw@  
光栅高度:660 nm 1_W5@)  
填充因子:0.75(底部) 4ri)%dl1  
侧壁角度:±6° ] )x z  
n_1:1.46 Z.LF5ur  
n_2:2.08 7L:R&W6  
\t&6$"n(B6  
.+AO3~Dg  
m4P=,=%  
光栅#1——结果 j1toV$)P  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 _jb"@TY  
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。 sXC]{] P  
;lWy?53=@  
  
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'E8dkVlI  
光栅#2——参数 >-y&k^a=  
假设光栅为矩形。 ?Ve5}N  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 f{Y|FjPp=E  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 skP_us~  
光栅周期:250 nm f{z%PI[  
光栅高度:490 nm N<Q}4%^c  
填充因子:0.5 R}+/jh2O|  
n_1:1.46 g9"_BG  
n_2:2.08 XWy iS\  
|V~P6o(/  
yM D* >8/  
O,1u\Zy/  
光栅#2——结果 3yD5u  
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。 nt[0krG  
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。 :~)Q]G1Nj  
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