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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 DD4fV`:kG  
Q--VZqn  
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。 NPL(5@  
.K n)sD1  
45u\v2,C3  
*/|Vyp-  
任务说明 H)Zb_>iV  
>brf7h  
4K(AXk  
>Y h7By  
简要介绍衍射效率与偏振理论 GomTec9.  
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。 QX'EMyK$  
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: @LzqQ [  
 ;m;a"j5  
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。 Gg\805L@  
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: }nQni?  
`o.DuvQ E  
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 JMUk=p<\  
JVoW*uA  
光栅结构参数
Zw)*+> +FV  
研究了一种矩形光栅结构。 d=TZaVL$$  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 >~g(acH%`x  
根据上述参数选择以下光栅参数: m5G9 B-\?  
光栅周期:250 nm I-fjqo3  
填充因子:0.5 lR^OS*v  
光栅高度:200 nm :DxCjv  
材料n_1:熔融石英(来自目录) d"1DE  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) Vu%XoI)<KY  
[BH^SvE  
wz,T7L  
GAZw4 dz  
偏振态分析 UogkQ& B  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 <h$Nh0  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ,Tb~+z|-[  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 g=*`6@_=  
ha;Xali ]  
A?DgeSm  
"w)Y0Qq*z  
模拟光栅的偏振态 Mp V3.  
D['z/r6F  
=1JS6~CTLN  
/-#1ys#F=  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: hdw-gem{?  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 -`iXAyr)m  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 a w0;  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 %~V+wqu  
1N `1~y  
Passilly等人更深入的光栅案例 wIrjWU2  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。  t8 "*j t  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 [3yzVcr~4  
arCi$:-z@  
`m~x*)L#  
i/&?e+i  
光栅结构参数 D# $Fj  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 wkn r^A  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 V)$y  
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。 -/#VD&MJO=  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 2(-J9y|  
^4+ew>BLSv  
)yV|vn  
光栅#1——参数 (RDY-~#~  
假设侧壁倾斜为线性。 KjrUTG0oA  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 pJ` M5pF  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 B!`Dj,_  
光栅周期:250 nm m15MA.R>  
光栅高度:660 nm A@8Ot-t:\2  
填充因子:0.75(底部) b7 pD#v  
侧壁角度:±6° 5E~?hWAv  
n_1:1.46 dQ6n[$Q@N  
n_2:2.08 e}x}Fj</(  
Q*S|SH-cZ0  
thoAEG80  
4"OUmh9LHB  
光栅#1——结果 +d[A'&"  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 56;(mbW  
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。 3:">]LMi  
U Hej5-B  
  
R W= <EF&  
wq|~[+y  
光栅#2——参数 o/EN3J  
假设光栅为矩形。 i+/:^tc;  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Kn9O=?Xh;  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ZS&n,<a5L}  
光栅周期:250 nm \hjGw,d  
光栅高度:490 nm ;(a\F  
填充因子:0.5 u!k]Q#2ZR  
n_1:1.46 Q^^.@FU"x  
n_2:2.08 a,o>E4#c  
N30w^W&  
@S/PB[%S  
:NB,Dz+i  
光栅#2——结果 ]gN]Cw\L  
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。 %5N;SRtv  
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。 MA:2]l3e  
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Wvhg:vup  
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