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infotek 2024-12-18 14:34

衍射级次偏振态的研究

摘要 l\_81oZ  
dfMi]rs!<  
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。 f/vsf&^O  
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B&"c:)1 C2  
任务说明 5BS !6o;P'  
M-/2{F[  
c@x6<S%*  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 a49t/  
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。 [{.9#cQ "  
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: F13vc~$Ky  
C#@-uo2  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 9;ie[sU:u  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: ~BC~^ D&WD  
v<vaPvW  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 jP\5bg-}  
M:t"is  
光栅结构参数
ttY[\D&ZS  
研究了一种矩形光栅结构。 |& _(I  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 |w.h97fj  
根据上述参数选择以下光栅参数: iZE7 B7K  
光栅周期:250 nm tR<L9h  
填充因子:0.5 +R',$YzD  
光栅高度:200 nm 'DD~xCXE  
材料n_1:熔融石英(来自目录) XBm ^7'  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) XB<Q A>dLh  
TU^s!Tj  
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*})Np0k  
偏振态分析 [tkP2%1  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 Ga\kvMtr  
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。 6o]j@o8V  
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。 ) ):w`^6  
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$pajE^d4V  
p7Z/%~0v:  
模拟光栅的偏振态 TTJj=KPA  
^L-; S  
M%2w[<-8c  
fv:&?gc  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ?:3rVfO  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 hR,5U=+M7  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 z}-8pDD'  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 EMf"rGXu(  
7Mb-v}  
Passilly等人更深入的光栅案例 l%# z  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 DpIk$X  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 +TN*6V{D  
8u"HW~~=  
6|Xm8,]yRw  
BOme`0A  
光栅结构参数 $$eBr8  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 pE 6r7  
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。 WQv`%%G2>  
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。 toel!+  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 W];l[D<S*  
 g:?p/L  
U98e=57N  
光栅#1——参数 f`-UC_(;  
假设侧壁倾斜为线性。 c\VD8 :  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #0c;2}D  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 ]~9YRVeC  
光栅周期:250 nm hs<OzM  
光栅高度:660 nm yK0iW  
填充因子:0.75(底部) Q1P=A:*]9  
侧壁角度:±6° ?pV!`vp^{  
n_1:1.46 _CG ED{b@  
n_2:2.08 R T/)<RT9  
gaR~K  
vOU9[n N[  
MLN+ BuS  
光栅#1——结果 9lB$i2G>Zw  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 y>]Yq-  
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"BHpN  
vvF]g.,  
  
MGsY3~!K  
|D1TSv}rZD  
光栅#2——参数 ;Mz7emt  
假设光栅为矩形。 Zo@  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #pk  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Xn%O .yM6  
光栅周期:250 nm ,=dc-%J  
光栅高度:490 nm Y, {pG]B$w  
填充因子:0.5 7,FhKTV1/  
n_1:1.46 0HDL;XY6  
n_2:2.08 @gk{wh>c  
d*l2x[8}g-  
f}7/UGd  
2!GyQ@&[W  
光栅#2——结果 eDsc_5I  
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。 KB8_yo{y  
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。 D/puK  
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