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2026-06-04 15:20 |
衍射级次偏振态的研究
摘要 w|8T6W|w }:hN}*H 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。 rE$=~s 6Y&`mgMF'
h_K!ch} EHX/XM 任务说明 C7T}:V](q xg_9#
{Z(kzJwN 'o]8UD( 简要介绍衍射效率与偏振理论 X_2pC|C 某个衍射级次(𝑛)的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的,瑞利系数包含了每个衍射级次(矢量)电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 ~~X-$rtU 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: 2N[/Cc2Tg/
)V?:qCuY> 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。 MI\35~JAN 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: qv.s-@l8
cCbZ* 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 。 \d}>@@U& I7e.pm 光栅结构参数 cMp#_\B 研究了一种矩形光栅结构。 X6SWcJtSw 为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 GEUC<bL+ 根据上述参数选择以下光栅参数: j NkobJ1 光栅周期:250 nm B0|!s 填充因子:0.5 %,Lv},%Y 光栅高度:200 nm ^n&_JQIXb 材料n_1:熔融石英(来自目录) 5v,_ Hgh 材料n_2:二氧化钛(来自目录) i-gN<8\v V3<H8pL
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o-Os@ 'Uu!K! 偏振态分析 yU'<b.] 现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 6w)a.^yx7 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。 =a^}]k} 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。 GYwU3`{ ?Es(pwJB
6tF_u D &r)[6a$fW 模拟光栅的偏振态 szC<ht?z $*hqF1Q
NWS3-iZ|8 7oV$TAAf 瑞利系数现在提供了偏振态的信息: ce:p* 在圆锥入射角为0(𝜑=0)时, 。这说明衍射光是完全偏振的。 HvzXAd 对于𝜑=22°, 。此时,67%的光是TM偏振的。 k{ ~0BK 对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 ]I'dnd3e WJj5dqatV Passilly等人更深入的光栅案例。 T: I34E[ 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。 f@Yo]F U 因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ,8G6q_ud ,=V9?
^xm%~ RG_.0'5=hc 光栅结构参数 xtO#reL"q? 在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 /odDJxJ
k 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。 YJu~iQ`i 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。 ACOn}yH 但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 Yhte&,D"
2"6bz^>} `3:Q.A_? 光栅#1——参数 fLS].b]1N 假设侧壁倾斜为线性。 #f<3[BLx 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 7z q@T] 为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 o3YW(%cYR 光栅周期:250 nm JIPBJ 光栅高度:660 nm f~ wgMp.W0 填充因子:0.75(底部) T.}Y&,n$$5 侧壁角度:±6° Kf1NMin7 n_1:1.46 ,49Z/P n_2:2.08 Xz`0nU \{v e6`7Rn
Qk72ra) o$Ju\(Y$<+ 光栅#1——结果 10_#Z~aU 这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 1Li*n6tLX` 与参考文献相比,仿真中光栅结构进行了简化,存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据,这种简化是必要的。 Q_>W!)p Gz ly:2XvV3~
l];/,J^ CEW1T_1U<\ 光栅#2——参数 |j~l%d*<w 假设光栅为矩形。 YPW
UncV 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 pX+4B=* 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 cj9C6Y! 光栅周期:250 nm h4#'@% 光栅高度:490 nm _n1[(I 填充因子:0.5 ,Qs%bq{t n_1:1.46 ,x$^^ n_2:2.08 -9::M}^2 6?'7`p
v7n@CWnN df!i}L 光栅#2——结果 c?N,Cd~q 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。 Q':hmulT! 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。 6$[7hlE tzthc*-<
stUUez> Ss%1{s~ok 文档信息 .cbC2t95 0<O()NMv
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