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infotek 2026-06-04 15:20

衍射级次偏振态的研究

摘要 SmD#hE[  
[%R?^*]  
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。 kjp~:Bg_(  
)m3emMO2  
{fDRVnI?  
V"(5U(v{~  
任务说明 E;4B!"Q8  
N0}[&rE 8  
h lc!}{$%8  
CQ<d  
简要介绍衍射效率与偏振理论 h$$JXf  
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。 @ U"Ib  
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: [ ^\{>m7  
9<y{:{i  
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。 9z{}DBA  
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: *0@Z+'M?  
E$4H;SN \  
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。 #K@!jh)y^  
I4w``""c  
光栅结构参数
lul  
研究了一种矩形光栅结构。 Iurz?dt4w  
为了简化设置,选择光栅配置,只允许零阶(R_0)反射传播。 ) ?kbHm  
根据上述参数选择以下光栅参数: /6[vF)&  
光栅周期:250 nm c)N_"#&  
填充因子:0.5 bA Yp }  
光栅高度:200 nm 5uSg]2:  
材料n_1:熔融石英(来自目录) \24'iYtqW  
材料n_2:二氧化钛(来自目录) K"g{P  
~H?v L c;>  
CE  
.Wp(@l'Hd  
偏振态分析 c[X6!_  
现在,用TE偏振光照射光栅,并应用圆锥入射角(𝜑)变量。 MFO%F) 5  
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。 y c<%f  
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=S_1  
;sf'"UnL  
xJ:Am>%\^  
-:L7iOzgD  
模拟光栅的偏振态 XAF]B,h=  
-gC%*S5&  
Fd80T6[  
*kF/yN  
瑞利系数现在提供了偏振态的信息: #=Xa(<t  
在圆锥入射角为0(𝜑=0)时,。这说明衍射光是完全偏振的。 >dF #1  
对于𝜑=22°,。此时,67%的光是TM偏振的。 yJqDB$0  
对于𝜑>50°,系数接近为常数,因此偏振态也是常数。 6rG7/  
Yu&\a?]\2  
Passilly等人更深入的光栅案例。 RN1KM  
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。 ]k1N-/  
因此,他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 3)&rj 7  
rc%*g3ryLG  
B}p.fE  
5qqU8I  
光栅结构参数 /Z#AHfKF  
在本文中,研究了两种不同的制备光栅结构。 S*3$1BTl  
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的,而且确实可以观察到:在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 2%fkXH<  
由于缺少关于制作结构的细节,我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 rSW{1o'  
但是如果有可用数据,就可以详细分析光栅的复杂形状。 AC fhy[,  
M5`m5qc3  
(lit^v,9  
光栅#1——参数 EmP2r*"rb  
假设侧壁倾斜为线性。 uSC I  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {EU]\Mp0j  
为了实现光栅脊的梯形形状,采用了倾斜光栅介质。 #^i+'Z=L  
光栅周期:250 nm d]=>U^K  
光栅高度:660 nm FuBUg _h  
填充因子:0.75(底部) #LwDs,J:  
侧壁角度:±6° =PLy^%  
n_1:1.46 l$!NEOK  
n_2:2.08 (@\0P H0  
Xa>c ]j  
?f:\&+.&  
4HXNu,T'  
光栅#1——结果 4=* ml}RP  
这两幅图对比之下匹配度很高,特别是图表的趋势。 Uf[Gs/!NV  
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。 Pc~)4>X<  
F20%r 0  
  
E/ku VZX  
 :KRe==/  
光栅#2——参数 jJ_6_8#  
假设光栅为矩形。 \nVoBW(  
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 zq#gf  
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 *qIns/@  
光栅周期:250 nm 9 &Od7Cn  
光栅高度:490 nm mA3yM#  
填充因子:0.5 9'p pb  
n_1:1.46 *K=me/ 3  
n_2:2.08 Y:'c<k  
VK4"  
3e^'mT  
1 7hXg"B  
光栅#2——结果 E|B1h!!\c  
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。 =1F F2#zS  
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。 >LR+dShG  
   nZS*"O#L  
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gJ Z9XLPC  
文档信息 C1~Ro9si  
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