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摘要 {y+v-v/# 2Q`PUXj 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。 .&*
({UM 8S[ <[CH  @4W\RwD 概述 Eb4< 26A cAsSN.HFS 9}'l=b:Jms
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 kp#c :ym
•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。 [7SI<xkv
•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。 ?h>%Ix
)|59FOWg
 F|
,Vw{ 0s+rd&
衍射级次的效率和偏振 (|ct`KU0# $@ T6g {3F}Slb
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 n41\y:CAo
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 K\Y6
cj
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 G}9bC r,
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 K_<lO,[S
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 E``!-W
 6f5sIg ]
fwTi(4y 光栅结构参数 7y)|^4X2 @Z=y'yc'y. /%}YuN
•此处探讨的是矩形光栅结构。 HPd+Bd
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 BHRrXC\
•因此，选择以下光栅参数： i+T0}M<
- 光栅周期：250 nm ([4{ n
- 填充系数：0.5 J4K|KS7
- 光栅高度：200 nm *fuGVA
- 材料n1：熔融石英 46.q a nh
- 材料n2：TiO2（来自目录） 8en#PH }
:'^dy%&UB  {*5;:Qn T Tr}$Pb1 偏振状态分析 |]2eGrGj4 fi-&[llg V;(* \"O
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 =-1^ K
•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。 7 ]HIE]#
•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。 DT7-v4Zd
q%=7<( w
 RG PU~L (1r>50Ge 产生的极化状态 nF!_q;+Vp exrt|A] _[
 o"+ &^  ZC\.};.
C{I8Pio{b 其他例子 qeO6}A"^| 1o"oa< *_ 77=y!SDP
•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。 ZZ.0'
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 s%TO(vT
+/_B/[e<>  nY5n %>8 :Ro"
0/d 光栅结构参数 %>z8:oJ m*Lv,yw %a .]P;fCQmM
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 %RD7=Z-z
•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。 I>4Tbwy.-
•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。 a518N*] j
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ]zR ;%p
 Z?!:=x>7m G>{:D'# 光栅＃1 !&:W1Jkp(
Z-sN4fr a
 $q@RHcj dgqJ=+z 0y #?|1~HC
•仅考虑此光栅。 `R=_t]ie
•假设侧壁表现出线性斜率。 _R<V8g1f
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 +nyN+X34B
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 ZtK%b+MBP
ujp,D#xHP iKEKk\j-w
假设光栅参数： n YMf[ kW
•光栅周期：250 nm kE(-vE9
•光栅高度：660 nm i^V4N4ux]
•填充系数：0.75（底部） hs#s $})}Z
•侧壁角度：±6° LVcy.kU@]
•n1：1.46 -N!soJ<
•n2：2.08 w#bbm'j7r
wTuRo
J 光栅＃1结果 RknSWuFKt &l }xBQAL WMz|FFKVY
•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。 ,xM*hN3A
•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。 \]:NOmI^'
•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。 +z?f,`.* )^2jsy
-/  f%%En5e + 8\t7}8f 光栅＃2 cw-JGqLx
\c^jaK5
 * wZV*)}
?|rw=% [67f; ?b
•同样，只考虑此光栅。 M]zNW{Xt
•假设光栅有一个矩形的形状。 3K] 0sr
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 $,v+i
-
假设光栅参数： #:5g` Ch4,
•光栅周期：250 nm u^.k"46hn
•光栅高度：490 nm M#<fh: >
•填充因子：0.5 N0 KRND
•n1：1.46 8}b[Q /h!
•n2：2.08 c] 9CN *1]k&#s 光栅＃2结果 :h dh$}y
T{xo_u{Q t-m,~Io W
•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。 F&j|Y>m
•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。 ba:^zO^
•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。 &IY_z0 =
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 h/~BUg' 文件信息 90k|u'ikOp
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