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infotek 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  
`}$o<CJ  
Ph1XI&us9  
L]|mWyzT  
简要介绍衍射效率与偏振理论 QCF'/G  
某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 n+Kv^Y`qxO  
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数,则可以计算衍射效率: {PcJuRTHB  
J6AHc"k.  
其中,n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率,ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外,𝐴表示辐射光的振幅。 Zn'tNt/  
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数,则必须应用以下方程: w_xca(  
Wc[,kc  
因此,必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下,光栅坐标系中为 o^\Pt<~W  
6JDHwV  
光栅结构参数
fq]PKLW'  
研究了一种矩形光栅结构。 *iE tXv  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 lGl'A}]#$  
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  
$/++afi m  
偏振态分析 8Ojqm#/f  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 s9;6&{@%wO  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 %w*)7@,+-  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 ttzNv>L,  
K^shTh8k  
lmvp,BzC  
XH"+oW  
模拟光栅的偏振态 mm-s?+&M;  
* x/!i^  
<+i(CGw  
-{cHp  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: i2~uhGJ  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 0 =j }`  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 V&M*,#(?  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 Ey&H?OFiP  
/o9T [ ^\  
Passilly等人更深入的光栅案例 .$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  
#~*v##^vFH  
e 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  
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