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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 (,y/nc=GN  
jc`',o'[+  
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<%~w U  
~o5iCt;w  
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l;kZS  
任务说明 nQ3goVRFP  
eakIK+-21y  
Sylsp%A  
dph6aN(49  
简要介绍衍射效率与偏振理论 _\;# a  
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。 `I{Q,HQ7  
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: >g2.z>  
a/#,Y<kJ  
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。 =@  
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: ?M(Wx  
@!O{>`  
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 xhS/X3<th  
)KQum`pO  
光栅结构参数
>AFpO*q"  
研究了一种矩形光栅结构。 'A2"&6m)28  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 .w)t<7 y  
根据上述参数选择以下光栅参数: ^`?> Huu<w  
光栅周期:250 nm +[`%b3Nk  
填充因子:0.5 !WnI`  
光栅高度:200 nm 1]`HX=cl  
材料n_1:熔融石英(来自目录) ]~ UkD*Ct  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) S`KCVQ>V  
9%6`ZS~3  
j-|0&X1C  
axOy~%%c  
偏振态分析 hZJqo +s  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 \M@8# k|  
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。 5Oq;V: 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。 u)pBFs<dn  
)>p6h]]a  
;d40:q<  
yG4MqR)J  
模拟光栅的偏振态 |pY0IqO  
r%n[PK^(  
k({8C`&tK/  
YfKty0  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: $0t %}DE  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 v%[mt` I  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 KW<CU'  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 _R6> Ayw*  
6'zy"UkH  
Passilly等人更深入的光栅案例 JM%#L*;  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 {{,%p#/b  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ? |dz"=y  
UtrbkuT  
A>puk2s  
vxx3^;4p  
光栅结构参数 0<9TyN6  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 swrd  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 i\G3 u#  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 Q<pM tW  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。  .@Cshj  
Jhc S  
rge/jE,^~Z  
光栅#1——参数 f14c} YY  
假设侧壁倾斜为线性。 qfU3Cwy  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 9iE66N>z  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 _JH6bvbQ  
光栅周期:250 nm lTXU  
光栅高度:660 nm 8^lXM-G-  
填充因子:0.75(底部) Xk$lQMwZ  
侧壁角度:±6° 9@06]EI_  
n_1:1.46 G w[&P%  
n_2:2.08 A-FwNo2"%  
UsTPNQj  
K~]jXo^M  
d,)L,J  
光栅#1——结果 E_oe1C:  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 O}Jb,?p  
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。 C0RwW??t  
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6_Kz}PQ  
7-DC"`Y8e  
光栅#2——参数 ( EX  
假设光栅为矩形。 '<Gqu_-  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &%lhov  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 $H^6I8>  
光栅周期:250 nm QVpZA,  
光栅高度:490 nm i ?>"}h  
填充因子:0.5 |}; ~YMH  
n_1:1.46 iYf4 /1IG,  
n_2:2.08 }W<L;yD  
'SmdU1]4BD  
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E !8y|_(j  
光栅#2——结果 IjNm/${$  
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。 aI{[W;43T  
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。 / @&Sqv4?  
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