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infotek 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。 S yf0dp3  
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$_2IU"  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 w^rINPAS  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 );m7;}gE  
kS\A_"bc  
Passilly等人更深入的光栅案例 hwon ^?  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 2O*(F>>dT  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 7yp}*b{s  
96 oztUK  
*irYSTA$  
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。 YNRorE   
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 m$w'`[H  
光栅周期:250 nm U}=o3u  
光栅高度:660 nm  hxedQvW  
填充因子:0.75(底部) aYmC LLj  
侧壁角度:±6° N'!:  
n_1:1.46 App9um3:  
n_2:2.08 (|*CVI;  
,rC$~ &  
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 ||e e  
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%  
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B9&$sTAB  
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