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2025-01-10 07:57 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 ZGDT
6, ~y2zl 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。 {X&lgj 18!y7
_cFT
i*Ldec^ 4]uj+J 任务说明 uTxa5j `}$o<CJ
Ph1XI&us9 L]|mWyzT 简要介绍衍射效率与偏振理论 QCF'/G 某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 n+Kv^Y`qxO 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: {PcJuRTHB
J6AHc"k. 其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 Zn'tNt/ 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: w_xca(
Wc[,kc 因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 。 o^\Pt<~W 6JDHwV 光栅结构参数 fq]PKLW' 研究了一种矩形光栅结构。 *iEtXv 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 lGl'A}]#$ 根据上述参数选择以下光栅参数: hlaN'j
<C 光栅周期:250 nm
ir6'
\ 填充因子:0.5 _!R$a- 光栅高度:200 nm _XV%}Xb' 材料n_1:熔融石英(来自目录) X,7y| tb 材料n_2:二氧化钛(来自目录) &)%+DUV| kg[%Q]]
6'r8.~O $/++afim 偏振态分析 8Ojqm#/f 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 s9;6&{@%wO 如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 %w*)7@,+- 为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 ttzNv>L, K^shT h8k
lmvp,BzC XH"+oW 模拟光栅的偏振态 mm-s?+&M; * x/!i^
<+i(CGw -{cHp 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: i2~uhGJ 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 0=j }` 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 V&M*,#(? 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 Ey&H?OFiP /o9T [^\ Passilly等人更深入的光栅案例。 .$qa?$@ Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 |h>PUt@LL 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 4wl1hp>, 5ilGWkb`'X
6pt_cpbR QJGGce 光栅结构参数 jwDlz.sW! 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 z8Q!~NN-K 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 Km`
SR^&\ 由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ~~tTr$ 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ~t`^|cr|
jFj11w1FrA 6#?T?!vZ 光栅#1——参数 8M,*w6P 假设侧壁倾斜为线性。 /4:bx#;A 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ,ks2&e 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 1 em,/>" 光栅周期:250 nm Z/#_Swv 光栅高度:660 nm iC
gZ3M] 填充因子:0.75(底部) Z2% HQL2 侧壁角度:±6° Rh!UbEPjC n_1:1.46 2ym(fk.6{ n_2:2.08 Jl
Do_} 5)k8(kH
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w^(3& 光栅#1——结果 $)i`!7`4= 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 )g0lI 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。 F "@% 7xy AM}R#86
:xh{SsW@ [{znwK@ 光栅#2——参数 3nq?Y8yac 假设光栅为矩形。 IC`3%^ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 #2{-6ey 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 L:R4&|E/t 光栅周期:250 nm NB-dlv1 光栅高度:490 nm {ZJO5* 填充因子:0.5 @T'^V0!-q: n_1:1.46 '0<d9OlJ} n_2:2.08 (o^tmH* dGIdSQ~ _
*;7y5ZJ ( ;FxKm<P@ 光栅#2——结果 7FB?t<x 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。 N'Gq9A 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。 S*h52li 0Y.z
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