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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 i/2OE&*O[  
+y!dU{L^  
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。 "CapP`:  
Ol`/r@s  
>0k7#q}O  
AU)"L_ i}  
任务说明 >Vy=5)/i  
WO?EzQ ?  
/J]Yj,  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 S7N3L."  
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。 ({zt=}r,  
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: 'Cd8l#z7  
j0B, \A  
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。 0}2Uj>!i  
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: _A|1_^[G(  
_iLXs  
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 VO] Jvf  
7(rTGd0  
光栅结构参数
>*(4evU  
研究了一种矩形光栅结构。 $v#Q'?jE  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 D|/Azy.[  
根据上述参数选择以下光栅参数: "aHY]E{  
光栅周期:250 nm H0Qpc<Z4/  
填充因子:0.5 BQ{Gp 2N  
光栅高度:200 nm O+%Y1=S[WQ  
材料n_1:熔融石英(来自目录) dE!{=u(!i  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) RXh0hD  
'}dlVf  
A8&yB;T$y  
%Rj:r!XB:  
偏振态分析 \Si@t{`O  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 9:4PJ%R9  
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。 \u ?z:mV  
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>7"BpC  
zYO+;;*@  
qUA&XUJ  
Vh$~]>t:f  
模拟光栅的偏振态 EKZ40z`  
dRTtDH"%  
-BfZ P5  
yx"xbCc#  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ks< gSCB  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 %Ez%pT0TQ#  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 . \M@oF  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 aF2 eGh  
sJg-FVe2  
Passilly等人更深入的光栅案例 u`dWU}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。 3C 84b/A  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 (2(I|O#  
v^2K=f[nE  
Iz,a Hrq  
&1YAPxX  
光栅结构参数 XKN`{h-@  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 CT+pkNC  
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。 4N& VT"  
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。 G 5w:  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 [_*%  
J @C8;]  
V^B'T]s  
光栅#1——参数 z #c)Q  
假设侧壁倾斜为线性。 9:"%j  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Zm& X $U  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 H8.U#%  
光栅周期:250 nm +Wh0Of  
光栅高度:660 nm |0:< Z(  
填充因子:0.75(底部) T V\21  
侧壁角度:±6° EL$l . v  
n_1:1.46 )%Z<9k  
n_2:2.08 qFp }+s  
)pLde_ k  
M@EML @~  
"f/lm 2<  
光栅#1——结果 Sx?IpcPSm  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ?.~E:8  
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。 pt<!b0G  
^M6xRkI  
  
E9TWLB5A)(  
zC #[  
光栅#2——参数 E7@0,9A U  
假设光栅为矩形。 /=&HunaxI  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 *>,8+S33r{  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 K n%[&  
光栅周期:250 nm }wRHNBaEB  
光栅高度:490 nm I!3qb-.Q  
填充因子:0.5 Z8$n-0Ww  
n_1:1.46 Mu$9#[/  
n_2:2.08 &QFg=  
aal5d_Y  
<|9s {z  
tQE=c 7/M  
光栅#2——结果 ua[ d  
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。 p'z fo!  
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。 19O /Q,9  
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3* C9;Q}  
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