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infotek 2026-06-04 15:20

衍射级次偏振态的研究

摘要 )^>XZ*eK  
S}Y|s]6  
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。 Sc$8tLDLj  
ig _<kj;Vd  
H?(SSL  
J[Yg]6  
任务说明 <6O _t,K]  
aGk%I  
\pD=Lv9  
J1Ki2I=  
简要介绍衍射效率与偏振理论 hk!,  
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。 m5em<P!G  
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: , 64t  
MAD}Tv\S7  
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。 m_Ac/ct f  
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: O:^LQ  
?7nr\g"g(  
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。 =_m9so  
|~b R.IA  
光栅结构参数
%::deV7  
研究了一种矩形光栅结构。 'uf\.F  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 MjXE|3&  
根据上述参数选择以下光栅参数: =Wk/q_.  
光栅周期:250 nm 9+8!xwR:  
填充因子:0.5 J1]w*2  
光栅高度:200 nm H1%[\X?=  
材料n_1:熔融石英(来自目录) =1 BNCKT<  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) @6 ;oN  
z1'FmwT  
5%Oyvt]}2  
euj8p:+X  
偏振态分析 ig2 +XR#%  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 ,s><kHJ  
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。 8hKP  
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。 T~o{woq}g  
]C ~1]7vb  
7{An@hNh  
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模拟光栅的偏振态 QSF"8Uk  
I!@s6tG  
46K&$6eN  
y5/'!L)g  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: N=T.l*8  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 $' (QTEM  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 F?8BS*r_  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 Ob8B  
JS/M~8+Et  
Passilly等人更深入的光栅案例。 GjeUUmr  
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态,以获得不同状态之间的高度转换。 hr[B^?6  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 AUxM)H  
)>y k-  
e`Co,>W/  
^IVe[P'  
光栅结构参数 +:>JZ$  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 Ts(t:^  
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。 a(@p0YpKT  
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。 zUs~V`0  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 ,jRcl!n`  
ok`]:gf  
n1*&%d'7  
光栅#1——参数 hhpv\1h#  
假设侧壁倾斜为线性。 `l>93A  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4L5o\'X  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 mG831v?  
光栅周期:250 nm v<;: 0  
光栅高度:660 nm kDzj%sm!  
填充因子:0.75(底部) OE'K5oIM  
侧壁角度:±6° g4:VR:o  
n_1:1.46 M[aT2A  
n_2:2.08 4K9Rpm  
?fK^&6pI  
60GFVF]'2  
_i3i HR?  
光栅#1——结果 -<^jGrb  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 LBiowd[  
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。 OlMBMUR:  
-IBO5;2_  
  
UvkJ?Bu  
Y4mC_4EU  
光栅#2——参数 aje^Z=]  
假设光栅为矩形。 ?ork^4 $s  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 M@|w[ydQG  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 zwK }7h6]  
光栅周期:250 nm Aoj6k\YX  
光栅高度:490 nm ZCm1+Y$  
填充因子:0.5 >']+OrQH  
n_1:1.46 v&xKi>A il  
n_2:2.08 ht?CH Uu  
c~P)4(udT  
D" L|"qJ  
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光栅#2——结果 OI+E (nA  
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。 <^xfcYx\  
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。 {G]?{c)"  
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文档信息 Dy su{rL  
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