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2025-01-10 07:57 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 R+U$;r8l )o<^6Ic%7 光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 |;7mDhj= 2n$Wey[
Jt[,V*:# *`rfD* 任务说明 B]H8^ x.#E3xI
d]Y;rqjue NYr)=&)Ke. 简要介绍衍射效率与偏振理论 0QT:@v2R 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。 `IEA 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: .9J}Z^FD
Aj|->Y 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。 6UqAs<c9 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: bU}v@Uk
,~=]3qmbR 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 。 t,Ka]
/I P1Z"}Qw 光栅结构参数 J8!2Tt 研究了一种矩形光栅结构。 1f<R,> 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 m$_b\^we 根据上述参数选择以下光栅参数: tsJR:~ 光栅周期:250 nm 5 ty2e`~K 填充因子:0.5 N<8\.z5:< 光栅高度:200 nm Y X^c}t}U 材料n_1:熔融石英(来自目录) PMpq>$6b7 材料n_2:二氧化钛(来自目录) YR*gOTD y^,Q M[ &
0U@#&pUc ~1%*w* 偏振态分析 cZQ8[I 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 9xO@_pkX 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ",.f
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 AU3Rz&~ KCW2
UyE]
uQKQC?w **L&I5Hhm 模拟光栅的偏振态 |67Jw2 @b,H'WvhfS
N.vWZ7l8 Wu^Rv- xA 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: vII{i 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 h/t;ZLUAZP 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 rP3tFvOH 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 _i}b]xfM {#qUZ z- Passilly等人更深入的光栅案例。 [M[<'+^* Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 12z!{k7N 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?E"192,z@ 1hY| XZ%qd
|E7J5ha &liON1GLM 光栅结构参数 Tv DSs]) 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 7DJEx~"!2- 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ywAvqT, 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 .Qx5,)@9 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ~tA ^[tK
q4[}b-fF P|<V0
Vs. 光栅#1——参数 Ze~P6 假设侧壁倾斜为线性。 UHZ&7jfl 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {6v.(Zlh$ 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 Eo6N'h >h 光栅周期:250 nm VGc*aQYa 光栅高度:660 nm }ouGxs+^[ 填充因子:0.75(底部) s#s">hMrI 侧壁角度:±6° j~k,d.17M n_1:1.46 ?Ts]zO%%Z n_2:2.08 EwzR4,r\M ?Fl}@EA#M
X\h.@+f= ]&%KU)i? 光栅#1——结果 -lhIL}mGf 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 CW+kKN 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。 $&as5z8 @KTuG ?.
tTy !o= >K9Ia4I, 光栅#2——参数 T/3LJGnY 假设光栅为矩形。 1?Y>Xz 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 lV$JCNe 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 +>#SNZ[ 光栅周期:250 nm ,p d-hu 光栅高度:490 nm uCDe>Q4@/ 填充因子:0.5 tn5%zJ#+ n_1:1.46 bFG~08Z ,d n_2:2.08 <Q~N9W @:}c(j
KV_/fa~Ry [<#jK}g 光栅#2——结果 .yj@hpJM 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。 sG`x |%t 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。 ab2FK !zX()V
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