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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 ]_h"2|  
mon(A|$|j  
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。 T&%>/7I>  
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任务说明 |@ + x9|'W  
C`ok{SNtUy  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 @ 9uwcM1F  
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。 P*}Oi7Z  
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: XjC+kH  
SE\`JGA[  
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。 C5m*pGImG  
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: '=r.rW5  
Vj_ $%0  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为。 4-o$OI>  
#Rs7Ieu+  
光栅结构参数
Cpr}*A   
研究了一种矩形光栅结构。 ]ba<4:[Go  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 *{ .u\BL5  
根据上述参数选择以下光栅参数: e2;"> tp6?  
光栅周期:250 nm g+f{I'j  
填充因子:0.5 sx9 N8T3n  
光栅高度:200 nm (C!fIRY  
材料n_1:熔融石英(来自目录) {W-PYHZ;  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) e= '3gzz  
tqHXzmsjW  
7 >.^GD  
)2a!EEHz  
偏振态分析 ukN#>e+L1  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 6D$xG"c  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 >IRo]-,  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 HLS^Ga,(  
8!1o,=I$  
E*kS{2NAq  
JL <}9K  
模拟光栅的偏振态 #pf}q+A  
{MIs%w.G  
k07O.9>  
C?z C|0  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Dj[D|%9a  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。  W?.Y%wc0  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 > vgqf>)kk  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 7n#0eska,  
)sW1a  
Passilly等人更深入的光栅案例。 }!2|*Y  
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。 BYu|loc  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。  p.zU9rID  
ieObo foD  
oI^iL\\2h  
fz:F*zT1  
光栅结构参数 m'%F,c)  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 xe 6x!  
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。 m0 `wmM  
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。 ]E`DG  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 n] &fod  
)]v vp{  
r&^4L  
光栅#1——参数 M5D,YC3<  
假设侧壁倾斜为线性。  Wkf)4!  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 y1P?A]v  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 B [03,zVf  
光栅周期:250 nm ~fr1O`8  
光栅高度:660 nm i<-#yL5  
填充因子:0.75(底部) z]tvy).  
侧壁角度:±6° F> ..eK  
n_1:1.46 ww=< =  
n_2:2.08 :I1bGa&I  
lQoa[#q  
&bTadd%0  
)5bhyzSZI  
光栅#1——结果 T?Gi;ld7  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ;IwC`!(#  
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。 ^m?h .  
$vicxE~-E  
  
az7L0pp  
oU67<jq  
光栅#2——参数 aMT&}3  
假设光栅为矩形。 Rg+V;C C~  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 g(|p/%H  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 P oC*>R8  
光栅周期:250 nm !k Hpw2  
光栅高度:490 nm u2o6EU`  
填充因子:0.5 DOf[?vbu  
n_1:1.46 $7,n8ddRy  
n_2:2.08 . [*6W.X  
i $#bg^  
P 3);R>j  
zPZy#7/A  
光栅#2——结果 t4 $cMf  
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度,特别是图表的趋势。 e~jp< 4  
与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 0lY.z$V  
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