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infotek 2026-06-04 15:20

衍射级次偏振态的研究

摘要 Fx2bwut.K  
1]p ZrBh"E  
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。 va0{>Dc+  
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任务说明 y]f"@9G#  
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简要介绍衍射效率与偏振理论 E4M@WNPx  
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。 s*-n^o-  
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: ?k(7 LX0j  
6V7B;tB  
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。 c"B{/;A  
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: 73/P&hT  
Q|#W#LV,K  
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 AT2nVakL  
A\HxDIU  
光栅结构参数
F9,DrB,B{  
研究了一种矩形光栅结构。 e?8HgiP-  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 4b98Ks Yg  
根据上述参数选择以下光栅参数: 6">+ ~ G  
光栅周期:250 nm ;wz^gdh;  
填充因子:0.5 Z$/xy"  
光栅高度:200 nm "eB$k40-  
材料n_1:熔融石英(来自目录) *%%g{ 3$  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) I|^;B 8[  
wAf\|{Vn  
hoK>~:;  
5kCUaPu  
偏振态分析 (>nGQS]H  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 n>BkTaI  
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。 < t,zaIi  
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。 A#EDk U,  
DH\0z[  
xMTKf+7  
X-K=!pET  
模拟光栅的偏振态 M l Jo`d  
I ?gSG*m  
UC]\yUK1J  
Lr$go6s  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: pNepC<rY  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 %4et&zRC  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 !dyXJ Q  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 cW@Zd5&0S  
<m)$K  
Passilly等人更深入的光栅案例 JTSlWq4  
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。 kMi/>gpQ  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 1OCeN%4]Qk  
9g'LkP  
*>7>g"  
GpY"f c%  
光栅结构参数 hYPl&^  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 a, k'Vk{  
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。 [uC ]*G]  
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。 We$:&K0  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 EofymAi%  
=,spvy'"*C  
8i>ZY  
光栅#1——参数 #5cEV'm;  
假设侧壁倾斜为线性。 l=S35og  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {XR6>]  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 :ubV};  
光栅周期:250 nm Ktb\ bw  
光栅高度:660 nm *scVJ  
填充因子:0.75(底部) KHe=O1 %QO  
侧壁角度:±6° zi|+HM  
n_1:1.46 [I '0,y  
n_2:2.08 *6sl   
(G zb  
27 ]':A4_  
;X?}x%$  
光栅#1——结果 CtyoHvw+M  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 /oR0+sH]  
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。 sGy eb5c  
Zn&, t &z  
  
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_ "?.!  
光栅#2——参数 diJLZikk  
假设光栅为矩形。 7!@-*/|!S9  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 )Xk0VDNp$/  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 qaiNz S@q  
光栅周期:250 nm Rp.Sj{<2  
光栅高度:490 nm mg^I=kpk  
填充因子:0.5 S^-DK~Xt4  
n_1:1.46 K-bD<X  
n_2:2.08 R<\F:9  
%eX{WgH  
QQ%D8$k"  
10)jsA  
光栅#2——结果 5's87Z;6  
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。 1C< uz29  
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。 l1T m`7}  
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