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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 B#sc!eLmU&  
X8?|5$Ey  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 W99Fb+$I  
=}_c=z?UY  
|p3]9H  
*|hICTWL  
任务说明 nD E5A  
8Ck:c45v  
zBqr15  
@HaWd 3  
简要介绍衍射效率与偏振理论 p2w/jJMD  
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。 !4-NbtT  
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: QWfwoe&;R:  
tA'i-D&  
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。 85Ms*[g  
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: >TK`s@jdSV  
IKAF%0[R|j  
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 ka"jv"z  
yh lZdF  
光栅结构参数
O`rrg~6#  
研究了一种矩形光栅结构。 N tg#-_]  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 pOw4H67  
根据上述参数选择以下光栅参数: (Z6[a{}1i  
光栅周期:250 nm z?FZu,h}  
填充因子:0.5 Awe\KJ^`  
光栅高度:200 nm 5M*q{kX)  
材料n_1:熔融石英(来自目录) b%T-nY2  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) }RW4  
e`8z1r  
}1Wo#b+  
0D 0#*J  
偏振态分析 o3}12i S  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 ?U.+SQ  
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。 nI.K|hU:P  
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。 @igr~hJ  
HpY-7QTPJ~  
|w; hu]  
l$[7 pM[  
模拟光栅的偏振态 @nWhUH%  
ZVu_E.4.  
o,qq*}=  
aMv?D(Meb  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: }+mIP:T  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 AS1#_f C  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 GgT 5'e;N  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 y5@#le M  
# <?igtUO  
Passilly等人更深入的光栅案例 .4CCR[Het  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 5:R$xgc  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 F#b^l}  
zv%]j0 ?  
bF2RP8?en  
[|qV*3 |?  
光栅结构参数 1`sLbPW  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 `GDWy^-Q+!  
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。 1>yh`Bp\=  
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。 7Gh+EJJ3I  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 }H5~@c$  
8n&Gn%DvX  
MiK -W  
光栅#1——参数 {{:QtkN  
假设侧壁倾斜为线性。 k2 _i;v  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 [,bra8f[C  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 \=1$$EDS9  
光栅周期:250 nm %[cZ,F=  
光栅高度:660 nm UWXl c  
填充因子:0.75(底部) "1P[D'HV4|  
侧壁角度:±6° 42oW]b%P{;  
n_1:1.46 z@<OR$/`L  
n_2:2.08 a Fh9B\n  
WWEZTFL:j  
bmzY^ %a  
@D[tljc^  
光栅#1——结果 C ^IPddw>  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 ikd1KF+I  
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。 )5[OG7/g  
wPE\?en  
  
{{r.?m#{  
Te6cw+6  
光栅#2——参数 A.9ZFFz  
假设光栅为矩形。 wi/qI(O!  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 y9Q #%a8V  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 nl-y0xD9c  
光栅周期:250 nm wS7nTZfw  
光栅高度:490 nm BROn2aSx%  
填充因子:0.5 eH_< <Xh!v  
n_1:1.46 29HyeLB@  
n_2:2.08 OZR{+YrB^  
6}cN7wnm j  
OQ&'3hv{  
I~ 1Rt+:  
光栅#2——结果 h'nXV{N0  
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。 V7"^.W*  
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。 )Drif\FF)  
   JKz]fgOd$  
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