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infotek 2026-06-04 15:20

衍射级次偏振态的研究

摘要 yzCamm4~0  
$T'lWD*  
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。 ^^*dHWHn<  
5 .b U2C  
E7Pz~6  
pu+jw<7  
任务说明 Y&b JKX  
SQBe}FlktK  
n ^C"v6X  
[tz}H&  
简要介绍衍射效率与偏振理论 x_KJCU  
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。 ?F%,d{^  
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: ]OA8H[U-eA  
,dk!hm u  
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。 .{#J2}+[_}  
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: TqXB2`7Ri  
}W* 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 $~.'Tnk)  
!.5,RIf  
光栅结构参数
1O;q|p'9  
研究了一种矩形光栅结构。 $> PV6  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 PeB7Q=d)K1  
根据上述参数选择以下光栅参数: g~$cnU  
光栅周期:250 nm H(j983  
填充因子:0.5 O9[Dae{i  
光栅高度:200 nm ;l=ZW  
材料n_1:熔融石英(来自目录) -]~vE fq+T  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) >a2i%j/T  
3,-xk!W$L  
io(Rb\#"  
Tf?|*P  
偏振态分析 <MBpV^Y}  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 ;JQ;LbEn  
如前所述,瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 e47N9&4  
为了接收瑞利系数作为检测器的结果,需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出,并选择所需的系数。 q'[q]  
3]g|Cwu  
5QUL-*t  
%oE3q>S$en  
模拟光栅的偏振态 -mK;f$X  
CQm(N  
0_faJjTbP;  
)>|x2q  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: 6Z3L=j  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 o& "nF+,  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 xRM)f93@  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 %gE*x #  
},LO]N|  
Passilly等人更深入的光栅案例 i@p0Jnh|  
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。 YRm6~c  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 )Cfk/OnRd  
^6(Nu|6\@  
[=q&5'FY0  
' (1`iQ;  
光栅结构参数 Doj>Irj? 7  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 (TJ )Y7E  
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。 >Kjl>bq  
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。 =9AX\2w*H;  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 s/0S]P]}f  
(!B1} 5"  
r0 fxEYze&  
光栅#1——参数 txp^3dZ`^  
假设侧壁倾斜为线性。 JcDcYB  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Oq3]ZUVa  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 51&K  
光栅周期:250 nm TKBW2  
光栅高度:660 nm $)6%LG_@  
填充因子:0.75(底部) 5.3=2/  
侧壁角度:±6° wYAi-gdOi  
n_1:1.46 kI|7o>}<   
n_2:2.08 ]n9gnE  
o1zKns?  
nWz7$O  
$]t3pAI[H0  
光栅#1——结果 "|KhqV=?v  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 E6zSMl5b  
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。 b>Em~NMu_  
P/XCaj3a[  
  
}a?(}{z-  
?|NMJ Qsa7  
光栅#2——参数 yT<,0~F9  
假设光栅为矩形。 {\62c;.  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ]]^eIjg>a6  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 v%$c_'d  
光栅周期:250 nm @zGz8IF  
光栅高度:490 nm O=E?m=FR"  
填充因子:0.5 *'ffMnSZ  
n_1:1.46 x>TIQU=\  
n_2:2.08 64R~ $km  
sRkPXzK  
; xx u,  
%;MM+xVVX  
光栅#2——结果 QopA'm  
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。 f5o##ia7:  
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。 ;\48Q;  
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文档信息 /=IBK`  
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