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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 (g~&$&pa  
/2?GRwU~P  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 S]{K^Q),  
l!q i:H<=1  
ycCEXu2F  
>48zRi\N  
任务说明 b9w9M&?fT  
Dw6Q2Gnv  
|'=R`@w~0  
-@L*i|A  
简要介绍衍射效率与偏振理论 HHoh//(\  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 )+mbR_@,O6  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: m[ txKj.=_  
+l&ZN\@0X  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 |3\ mH~Bw  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: S4`uNB#Ht  
T6- e  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 vVZ@/D6w  
x8gUP  
光栅结构参数
c<-_Vh.:5  
研究了一种矩形光栅结构。 OYNs1yB  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 UG48g}  
根据上述参数选择以下光栅参数: M_UhFY='  
光栅周期:250 nm i+T$&$b  
填充因子:0.5 (K>5DU  
光栅高度:200 nm IM)\-O\Wd  
材料n_1:熔融石英(来自目录) oXV  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) cq % =DZ  
#$X_,P|D  
f#/v^Ql*  
Q6kkMLh  
偏振态分析 >K;p+( <6  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 RP z0WP  
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。 O\B_=KWDO  
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。 *V3}L Z  
N~g'Z `  
_~=X/I R  
S#_i<u$$  
模拟光栅的偏振态 JTQ$p*2]  
~%k<N/B  
{Qg"1+hhM  
qnv9?Xh  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: .0cm mpUNq  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 u0#q) L8  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 RBJgQ<j8  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 I%b, H`  
#: w/vk  
Passilly等人更深入的光栅案例 j!qO[CJJ  
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。 FSIV\ u  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 tlQ3 BKp  
\O^b|0zc  
`8KWZi4 ]  
 [9~Bau  
光栅结构参数 ,57g_z]V  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 IdUMoLL?  
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。 6*/0 yGij  
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。 DL_2%&k/  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 g(>;Z@Y  
89U<9j   
tB'F`HM:mq  
光栅#1——参数 QROe+:  
假设侧壁倾斜为线性。 RN]4Is:  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Ma: xxsH.  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 Gyk>5Q}}  
光栅周期:250 nm ~}i &gd|(  
光栅高度:660 nm e 9U\48  
填充因子:0.75(底部) 's8NO Xlj  
侧壁角度:±6° 5<<e_n.2q  
n_1:1.46 ~*ZB2  
n_2:2.08 ,i;kAy)  
W r );A{  
h3h2 KqM'  
6,7Fl=<  
光栅#1——结果 yrs![u  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ;l[/<J  
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。 J@=1zL  
 2(YZTaY  
  
dur}3oS0p  
0e^j:~*  
光栅#2——参数 G0^WQQ4  
假设光栅为矩形。 $h`?l$jC(@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 G9<p Yt{:  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 }"06'  
光栅周期:250 nm `^-?yu@  
光栅高度:490 nm vHZw{'5y  
填充因子:0.5 :(c2YZ   
n_1:1.46 )@RTU~#  
n_2:2.08 U{q6_z|c  
R|Z$aHQ  
L~cswG'K  
pv~XZ(J.1  
光栅#2——结果 ?>N82#9Q  
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。 z1aApS  
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。 $h0]  
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