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infotek 2025-01-10 07:57

衍射级次偏振态的研究

摘要 _)8s'MjA:&  
4dlGxat  
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。  R&&4y 7  
V!Uc(  
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任务说明 .Mbz3;i0  
]M=&+c>H~  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 dd;~K&_Q/i  
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。 1zv'.uu.,  
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: 4RO}<$Nx}  
]^E?;1$f?  
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。 ye&;(30Oq  
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: kVgTGC"L=  
FPz9N@M%Q  
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 $4LzcwG  
tmq OJ  
光栅结构参数
iS^QTuk3%  
研究了一种矩形光栅结构。 C dn J&N{  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 +7Gwg  
根据上述参数选择以下光栅参数: L *wYx|  
光栅周期:250 nm SUiOJ[5,  
填充因子:0.5 D*jM1w_`  
光栅高度:200 nm oJ^P(]dw  
材料n_1:熔融石英(来自目录) Lbgi7|&  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) ah"o~Cbj  
VA%J\T|G2\  
dO'(2J8  
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偏振态分析 ?<!|  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 y29m/i:  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 Q &8-\  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 e~OpofJNb  
*dQSw)R  
rI\FI0zIp_  
9up3[F$  
模拟光栅的偏振态 ("KF'fp&M2  
U^PgG|0N  
- ).C  
_a, s )  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: m67V_s,7B  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 pa+hL,w{6  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 2 ?C)&  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ]Wup/o  
}f ?y* H  
Passilly等人更深入的光栅案例 F59 TZI  
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。 KNl$3nX  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 w0. u\  
xT8?&Bx  
P55fL-vo|}  
%d @z39-;  
光栅结构参数 *~`(RV  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 :FF=a3/"6  
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。 Wwo0%<2y  
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。 u8^lB7!e/  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 [E_9V%^  
l/D} X  
)J |6-C  
光栅#1——参数 Z+SRXKQ  
假设侧壁倾斜为线性。 hH.G#-JO  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 x`s>*^  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 6)J#OKZ  
光栅周期:250 nm u*R_\*j@  
光栅高度:660 nm MV"=19]  
填充因子:0.75(底部) +ZYn? #IQ  
侧壁角度:±6° )oZ dj`  
n_1:1.46 e20-h3h+  
n_2:2.08 `cO:<^%  
gw(z1L5 n  
%O<BfIZ  
b>k y  
光栅#1——结果 jIyQ]:*p  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 A&{Nh` q  
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。 KoYF]  
}JfjX '  
  
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1YA% -~  
光栅#2——参数 IV-{ve6  
假设光栅为矩形。 |ZBw<f  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 iLT}oKF2N;  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ,Q B<7a+I  
光栅周期:250 nm <3iMRe  
光栅高度:490 nm E^PB)D(.  
填充因子:0.5 Z)!C'cb  
n_1:1.46 )0MB9RMk1  
n_2:2.08 =41xkAMnk  
3T 9j@N77  
3 $w65=  
SuznN L=/$  
光栅#2——结果 0YzpZW"+  
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。 Vi}_{ Cy  
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。 0V]s:S  
   "b[5]Y{ U  
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