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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 \AzcW;03g[  
c7IR06E  
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。 OF/)-}!  
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任务说明 "J{zfWr  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ]!aa#?Fc  
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。 E0]h|/A]  
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: X2YOD2<v  
E57{*C  
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。 )6 <byO  
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: 4"x;XVNM[  
<@2# VG  
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 E}9ldM=]s  
+|YZEC  
光栅结构参数
"|*Kf#  
研究了一种矩形光栅结构。 >1G*ya)  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 mS}x2 &  
根据上述参数选择以下光栅参数: '2$!thm  
光栅周期:250 nm ~!9Px j*  
填充因子:0.5 .<^Y E%  
光栅高度:200 nm S!W/K!wf  
材料n_1:熔融石英(来自目录) rOb"S*  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) s[@>uP  
?}v%JUcs  
xcvr D  
lV6[d8P  
偏振态分析 &MZy;Sq  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 1 3 `0d  
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。 S5u#g`I]  
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。 etMh=/NFV  
g^$11  
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模拟光栅的偏振态 t`YZ)>Ws  
JOx ,19r  
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uoY`qF.`  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: w1@b5-  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 apD=>O  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 J7wQ=! g  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 _ c ]3nzIr  
[ 7Lxt  
Passilly等人更深入的光栅案例 (S)E|;f%C  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 1~5q:X  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 wEnuUC4j  
~/jxB)t  
b}Hl$V(uD  
' q<EZ {  
光栅结构参数 hdr}!w V  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 lAn+gDP  
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。 f./m7TZ  
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。 zP(=,)d  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 nOal7BNN  
cP@F #!2  
 Ep\  
光栅#1——参数 EhIV(q9x  
假设侧壁倾斜为线性。 A?IZ( Zx(`  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ocl47)  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 SQt|(r)  
光栅周期:250 nm 3_\{[_W  
光栅高度:660 nm H/Ec^Lc+_  
填充因子:0.75(底部) (!VMnLlXRK  
侧壁角度:±6° jxnQG A  
n_1:1.46 qH h'l;.  
n_2:2.08 C?60`^  
? %+VG  
rI<nUy P?  
5&<d2EG6l'  
光栅#1——结果 Dpdn%8+Z  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 -4?xwz9o$7  
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。 O[(?.9  
cNuHXaWp  
  
C^/ -lc  
S0N2rU  
光栅#2——参数 'z-;*!A}j  
假设光栅为矩形。 &8]#RQy{f  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 9'n))%CZ.  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 )pjjW"C+  
光栅周期:250 nm WXLe,7y  
光栅高度:490 nm Z(Eke  
填充因子:0.5 =|E 09  
n_1:1.46 >lraYMc<rZ  
n_2:2.08 ;V(H7 ZM  
!f\?c7  
,G[r+4|h  
cXk6e.Uz  
光栅#2——结果 f`hyYp`d5  
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。 kRN|TDx(  
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。 )@Zc?Da  
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