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2025-01-10 07:57 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 w;e42.\ `5J`<BPs 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。 l"T{!Oq 17hFwo`
_'CYS3-P3 8eAc 5by 任务说明 #CRAQ#:45( WUEjWJA-MB
0!Zp4>l\Z |sG@Ku7~4 简要介绍衍射效率与偏振理论 y{Fq'w!ap 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。 ,WvCslZ 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: *hm;C+<~
{pzu1* 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。 e!eUgD 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: APne!
~8rVf+bg3 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 。 ~s$
jiA1 }DCR(p rD 光栅结构参数 &Fw8V=Pw 研究了一种矩形光栅结构。 (]Zyk,[ 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 IY* ~df 根据上述参数选择以下光栅参数: KNI* : 光栅周期:250 nm <'Ppu 填充因子:0.5 -Hx._I$l 光栅高度:200 nm vt(A?$j|A 材料n_1:熔融石英(来自目录) 7 3 Oo; 材料n_2:二氧化钛(来自目录) @i" ^b U]8 @
~|FKl% r.JY88" 偏振态分析 o%~PWA*Qp 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 Syf0dp3 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。 xJ0Q8A 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。 -5&|"YYjr{ RyAss0Sm^
eD#R4 z~Ec * 模拟光栅的偏振态 =Wgz\uGJ ?E6*Ef
;|.~'': WNE=|z#| 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: Za5bx,^ 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 @P$_2IU" 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 w^rINPAS 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 );m7;}gE kS\A_"bc Passilly等人更深入的光栅案例。 hwon^? Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 2O*(F>>dT 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 7yp}*b{s 96 ozt UK
*irYSTA$ Dej2-Y 光栅结构参数 qaj~q(j~C 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 h_SDW %($ 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。 vv9=g*"j 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。 SccaX
P 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 0/vmj,&B(
DbL=2 s={jwI50 光栅#1——参数 M6X`]R' 假设侧壁倾斜为线性。 gGtl*9a= 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Y NRorE
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 m$w'`[H
光栅周期:250 nm U}=o3u 光栅高度:660 nm hxedQvW 填充因子:0.75(底部) aYmC LLj 侧壁角度:±6° N'!: n_1:1.46 App9um3: n_2:2.08 (|*CVI; ,rC$~
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K<_bG<tm_ "IvFkS=*Q 光栅#1——结果 ]csfK${ 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 8
<~E;: 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。 1pM"j! U6B-{l:W
Pd~{XM,yfW 6oQSXB@ 光栅#2——参数 sNF[-,a 假设光栅为矩形。 pKxq\U 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 w7;,+Jq 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 u=U.+\f5 光栅周期:250 nm -9f>
rH\3 光栅高度:490 nm 2brxV'tk 填充因子:0.5 2,3pmb n_1:1.46 _>k&,p]y n_2:2.08 xv+47.?N E &wz0d;gf
zS6oz= t& *K 光栅#2——结果 (9_O||ee 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。 qi&;2Yv 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。 Ha}TdQ% t}!Y}D
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