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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 R+U$;r8l  
)o<^6Ic%7  
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景,如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM,也称为RCWA),为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此,复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置,这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中,详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 |;7mDhj=  
2n$Wey[  
Jt[,V*:#  
*`rfD*  
任务说明 B]H8^  
x. #E3xI  
d]Y;rqjue  
NYr)=&)Ke.  
简要介绍衍射效率与偏振理论 0QT:@v2R  
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。 `IEA  
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: .9J}Z^FD  
Aj|->Y  
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。 6UqAs<c9  
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: bU}v@Uk  
,~=]3qmbR  
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 t,Ka] /I  
P1Z"}Qw  
光栅结构参数
J8!2Tt  
研究了一种矩形光栅结构。 1f<R,>  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 m$_b\^we  
根据上述参数选择以下光栅参数: tsJR:~  
光栅周期:250 nm 5 ty2e`~K  
填充因子:0.5 N<8\.z5:<  
光栅高度:200 nm Y X^c}t}U  
材料n_1:熔融石英(来自目录) PMpq>$6b7  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) YR*gO TD  
y^,QM[&  
 0U@#&pUc  
~1%*w*  
偏振态分析 cZQ8[I  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 9xO@_pkX  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ",.f   
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 AU3Rz&~  
KCW2 UyE]  
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**L&I5Hhm  
模拟光栅的偏振态 |67Jw2  
@b,H'WvhfS  
N.vWZ7l8  
Wu^Rv-xA  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: vI I{i  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 h/t;ZLUAZP  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 rP3tFvOH  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 _i}b]xfM  
{#qUZ z-  
Passilly等人更深入的光栅案例 [M[<'+^*  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 12z!{k7N  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?E"192 ,z@  
1hY|XZ%qd  
|E7 J5ha  
&liON1GLM  
光栅结构参数 TvDSs])  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 7DJEx~"!2-  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ywAvqT,  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 .Qx5,)@9  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ~ tA ^K  
q4[}b-fF  
P|<V0 Vs.  
光栅#1——参数 Ze~P6  
假设侧壁倾斜为线性。 UHZ&7jfl  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {6v.(Zlh$  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 Eo6N'h>h  
光栅周期:250 nm VGc*aQYa  
光栅高度:660 nm }ouGxs+^[  
填充因子:0.75(底部) s#s">hMrI  
侧壁角度:±6° j~k,d.17M  
n_1:1.46 ?Ts]zO%%Z  
n_2:2.08 EwzR4,r\M  
?Fl}@EA#M  
X\h.@+f=  
]&%KU)i?  
光栅#1——结果 -lhIL}mGf  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 CW+kKN  
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。 $&as5z8  
@KTuG ?.  
  
tTy!o=  
>K9Ia4I,  
光栅#2——参数 T/3LJGnY  
假设光栅为矩形。 1?Y>Xz  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 lV$JCNe  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 +>#SNZ[  
光栅周期:250 nm ,p d -hu  
光栅高度:490 nm uCDe>Q4@/  
填充因子:0.5 tn5%zJ#+  
n_1:1.46 bFG~08Z ,d  
n_2:2.08 <Q~N9W  
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KV_/fa~Ry  
[<#j K}g  
光栅#2——结果 .yj@hpJM  
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。 sG`x |%t  
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。 ab2FK  
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