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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 Y|J=72!]  
P{:Zxli0  
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。 ])%UZM6  
1CSGG'J]E  
 2+S+Y%~  
TA:uB[Ji  
任务说明 U /~uu  
u2`j\ Vu  
0 z]H=  
a^E>LJL  
简要介绍衍射效率与偏振理论 oOAkwc%)b  
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。 ;3xi.^=B  
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: z 0zB&}  
) j&khHD  
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。 ~x+'-2A46  
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: #h U4gX,  
1LhZmv  
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 /"m#mh L  
*PB/I4>{  
光栅结构参数
7N@[Rtv  
研究了一种矩形光栅结构。 BafNF Pc  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 kdx06'4o  
根据上述参数选择以下光栅参数: `kv7Rr}Q  
光栅周期:250 nm l{ql'm  
填充因子:0.5 U>bIQk"4  
光栅高度:200 nm K :+q9;g  
材料n_1:熔融石英(来自目录) .3XiL=^~Qp  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) t%5bDdo  
~Cw7.NA{3  
,Shzew+  
K ;]dZ8  
偏振态分析 P>)J:.tr0  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 + ZiYl[_|  
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。 So e2Gq  
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。 A-_M=\  
3O1Lv2)_  
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CR2.kuM0~  
模拟光栅的偏振态 ycki0&n3  
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息: V m8dX?  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 ZGI<L  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 V>E7!LIn.  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 w9RBT(u  
.3n\~Sn  
Passilly等人更深入的光栅案例 )+8r$ i  
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。 b\o>4T  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 4b`Fi@J\  
=5fY3%^b{  
Uam %u  
i^Jw`eAmT  
光栅结构参数 TgDT  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 M6qNh`+HO  
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。 Y"KJ`Rx  
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。 w'$>E4\   
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ?[>Y@we  
GBR$k P  
`'3 De(  
光栅#1——参数 !TY0;is  
假设侧壁倾斜为线性。 5!$sQ@#}D  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 89{;R  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。  F0zaA  
光栅周期:250 nm HrFbUK@@  
光栅高度:660 nm TvT>UBqj=  
填充因子:0.75(底部) Ex*{iJ;\  
侧壁角度:±6° Fs=x+8'M  
n_1:1.46 \T<F#a  
n_2:2.08 t]]Ig  
a MFUj+^  
/YJBRU2  
)^4Ljb1  
光栅#1——结果 "-MB U  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 4oryTckS  
与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 ePv`R'#  
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1uG)U)y/Q  
1tiOf~)  
光栅#2——参数 v UO[V$rx  
假设光栅为矩形。  Z,O-P9jC  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 i!3*)-a\~`  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 fi~@J`  
光栅周期:250 nm p W5D!z  
光栅高度:490 nm ?Ov~\[) F  
填充因子:0.5 n6Uf>5  
n_1:1.46 [P ;fv  
n_2:2.08 f2SJ4"X  
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光栅#2——结果 yIngenr$  
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。 3W#E$^G_v  
与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 `Je1$)%  
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