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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 U,Ya^2h%  
+Kw:z?  
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。 ^pruQp1X  
gQMcQV]C$  
>7i&(6L  
SEa'>UG  
任务说明 Ybo:2e  
Z:9xf:g *  
lZ|+.T!g?  
Yl4XgjG  
简要介绍衍射效率与偏振理论 IcRA[ g  
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。 Ut.%=o;&[  
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: /k8Lu+OJ  
Z;Q2tT /F  
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。 $p:RnH\H1  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: BdBwfH%:  
OSreS5bg  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 4eH:eCZze  
>G7dw1;  
光栅结构参数
~(i#A>   
研究了一种矩形光栅结构。 }7?_>  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 Q*4{2oQ  
根据上述参数选择以下光栅参数: {Tx"G9  
光栅周期:250 nm \#Md3!MG  
填充因子:0.5 >T84NFdz+  
光栅高度:200 nm U9"g;t+/   
材料n_1:熔融石英(来自目录) b9nTg  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) _y:-_q  
FQY{[QvF~  
r@")MOGc  
8/W(jVO(-  
偏振态分析 c8z6-6`i0  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 eX)'C>4W  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 O2xbHn4  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 >b\{y}[  
atr 0hmQ  
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2<$pai"yl  
模拟光栅的偏振态 rhff8C//'  
^!&6z4DP  
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B&fH FyK1n  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: |D*a"*1+A  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 ~jz!jF~I  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 1t+uMhy*y  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 qa-%j+  
jk (tw-B  
Passilly等人更深入的光栅案例 Q|KD$2rB  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 ;Mw<{X-  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 {CH5`&  
--OAsbr  
DpCe_Vb%M  
+{~ cX] |  
光栅结构参数 *@;bWUJ  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 ZR]p7{8B  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 g)dKXsy(F  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 O0l1AX"  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 c T21  
J]W? V vv  
[_T6  
光栅#1——参数 8u%rh[g'  
假设侧壁倾斜为线性。 8Y"R@'~  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .R^R32ln  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 `}:pUf  
光栅周期:250 nm /np05XhEa  
光栅高度:660 nm &?@gCVNO,  
填充因子:0.75(底部) ''^2rF^  
侧壁角度:±6° 3>>Ca;>$  
n_1:1.46 Y sDai<  
n_2:2.08 %OJ"@6A  
Prc (  
we0haK  
<=~*`eWV  
光栅#1——结果 Ddh  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 g es-nG-  
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。 dvE~EZcS  
L,yq'>*5s  
  
"M;[c9  
[jz@d\k$_  
光栅#2——参数 XE'3p6  
假设光栅为矩形。 s .@Szq  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 qP[_!C.  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 4`Cgz#v {  
光栅周期:250 nm FM=XoMP q  
光栅高度:490 nm i"0*)$ h W  
填充因子:0.5 WN $KS"b6}  
n_1:1.46 j/8q  
n_2:2.08 hbe";(  
`z^50Vh|  
T |&u?  
ZcHd.1fXh  
光栅#2——结果 d};[^q6X  
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。 x"7PnN|~  
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。 J8B0H1  
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