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摘要 Z,0O/RFJ.q UG 6M9 光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 |.j^G2x /"(b.&  G3H#X K D 概述 M} O[`Fx{W jo_o` j |xq} '.C
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Jf_]Z
•为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 q z=yMIy=
•为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 hgj CXl
L< 0=giE
 /c a(a\@R ) nhfkW=e
衍射级次的效率和偏振 2[.5o z` a
]>V ZOet c+1vqbqHG
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 ?^U c=
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 AvZXRN1:'
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 wjuGq.qIu
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 GL/ K B
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 GXO4x|08F
 6%>/og \% DK)u)?! 光栅结构参数 HH7[tGF yP
x\ltG3 pXssh
•此处探讨的是矩形光栅结构。 .
/Y&\ <
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 ^ b@! dS
•因此，选择以下光栅参数： /n(9&'H<
- 光栅周期：250 nm hPcS,
p{%
- 填充系数：0.5 >Z}@7$(7!~
- 光栅高度：200 nm :H{Bb{B%
- 材料n1：熔融石英 $> ;a 'f~
- 材料n2：TiO2（来自目录） EVG"._I@
[ qiOd!  .M8=^,h^K `\wUkm H 偏振状态分析 N. jA 8X Z^<Sj5}6 &T7cH>E'K^
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 R+s1 [Z
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 WI6(#8^p
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 M=W
4:H,gx
Oohq9f#!
 ;:U<ce= "tKNlHBu' 产生的极化状态 {b2 aL7 :v _w!+,/
 Zlrh C= 0  0F1u W>D1
G &jZ\IV 其他例子 J=@xAVBc M"B@M5KT ER_ 3'
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 BO"qD[S
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 vffH
ly[lrD0Kn.  )&Mq,@ ZE qE$: 光栅结构参数 Uh}+"h5 v[VC2D P0)AU i
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 !x8kB
Di,
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 zXjw nep
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 7u|%^Ao6
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 "ct58Y@
 -n-Z/5~ X ?T
<rt 光栅＃1 K>$qun?5
{U^j&E
 r,0@~;zA cN 5"i0xk U:\p$ hL9
•仅考虑此光栅。 a}dw9wU!:
•假设侧壁表现出线性斜率。 a>w~FUm*
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 )%t7\1)B3
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 fq=:h\\G
{ l@WCR _CL{ I Y
假设光栅参数： 6`Lcs
•光栅周期：250 nm $cu]_gu
•光栅高度：660 nm :Pf>Z? /d
•填充系数：0.75（底部） _-RyHgX
•侧壁角度：±6° d+e0;!s~O
•n1：1.46 6^ab@GrN\
•n2：2.08 >x *)GPDa
)T/J 光栅＃1结果 UhdqY] "O``7HA} "|hlDe<
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 i?x$w{co
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 ~5T$8^K
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 &//2 eL !?b/-~o7S  5aG5BA[N {"t5\U6cKM 光栅＃2 ;Gh>44UM[
n$xszuNJ`
 c ;^A)_/
7gr^z)${J R(`]n!V2
•同样，只考虑此光栅。 \?d TH:v/E
•假设光栅有一个矩形的形状。 `,P
>mp)uU
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 W j tft%
假设光栅参数： + KP_yUq[
•光栅周期：250 nm jqtVpNwM
•光栅高度：490 nm 86qcf"?E
•填充因子：0.5 -"tY {}z
•n1：1.46 YD9!=a$
•n2：2.08 K[]K53N k }^ ,q#' 光栅＃2结果 5NFRPGYX
WL:0R> 0 -yl;3K]l
•同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 #D0 ~{H
•相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 -;/
Y
•与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 V:>`*tlh
He<;4?:
 M $uf:+F 文件信息 #N9d$[R*
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-N4z-ozhC QQ：2987619807 \Z'/+}^h
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