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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 _V_8p)%  
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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。 X]JpS  
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任务说明 c:h.J4mv  
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(PsSE:r}+  
eB<V%,%N#  
简要介绍衍射效率与偏振理论 BDRYip[Sa  
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。 -CU7u=*b  
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: s{"`=dKT  
0TuOY%+  
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。 <iXS0k  
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: g9([3pV,  
e~t}z_>F  
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 A/$KA'jX  
|7S4;  
光栅结构参数
=& Tu`m  
研究了一种矩形光栅结构。 aiR|.opIb  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 r7Q:l ?F2  
根据上述参数选择以下光栅参数: v' 9(et  
光栅周期:250 nm }GoOE=rhY  
填充因子:0.5 VeN&rjc  
光栅高度:200 nm #5ohmp,u  
材料n_1:熔融石英(来自目录) A5.'h<  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) k[r./xEv+t  
O)U$Ef  
~P]HG;$?n  
w}U5dM`  
偏振态分析 (v'lb!j^#  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 WB=<W#?w7%  
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。 Z0F>"Z _qn  
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。 G3_mWppH  
4ye`;hXy  
0>~6Z  
5QL9 w3L  
模拟光栅的偏振态 XftJ=  *  
A=qW]Im  
2W"cTm  
q*RaX 4V  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 1(:=j Ofk  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 /ie3H,2  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 y1\^v_.^  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 RZV1:hNN  
4M0v1`k  
Passilly等人更深入的光栅案例 tZNad  
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。 [#Nx>RY  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 S"KTL*9D  
, R.+-X  
XJxs4a1[t  
/_k hFw  
光栅结构参数 5>1Y="B  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 >uPde5"ZF-  
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。 2;?wN`}5g=  
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。 WW\)B-}T  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 QnP?;  
o wpJ7S1~  
L1Cn  
光栅#1——参数 [^(R1K  
假设侧壁倾斜为线性。 k,NU,^ &  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 bZOy~F|  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 L$u&~"z-  
光栅周期:250 nm 7]. IT(  
光栅高度:660 nm 2$i 0yPv  
填充因子:0.75(底部) eVCkPv *  
侧壁角度:±6° : 7DVc&0  
n_1:1.46 ^$Eiz.  
n_2:2.08 PM@s}(  
Znh uIA AG  
%*Z2Gef?H  
Lx:9@3'7'  
光栅#1——结果 -< dMD_  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 +} !F(c  
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。 zWmo OnK  
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q/2K=BOh  
\I,Dje/:w  
光栅#2——参数 /DG`Hg  
假设光栅为矩形。 N13;hB<  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ^a#&wW  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 H'h4@S  
光栅周期:250 nm ]BQWA  
光栅高度:490 nm (Q]Y> '  
填充因子:0.5 iQ}sp64  
n_1:1.46 7@y!R   
n_2:2.08 sv{0XVn+^  
5wFS.!xD  
yE|} r  
]I' xLh`  
光栅#2——结果 -IsdU7}  
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。 |8U7C\S[  
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。 qT>& v_<  
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