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摘要 K83'`W^ JdS,s5Z> 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。 o-rX 4=T Or? )Nlg6x  S"&G utu3o 概述 jfMk N Cx2#
0$ )95k3xo
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 b= 5w>*
•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。 5mZ2CDV
•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。 o- =|}u]mz
/ 0/ouA>+
 @:?[R&` "SMJ:g",
衍射级次的效率和偏振 >=0]7k; 5?^#v vxZ' -&;t
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 E<jajYj
•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。 p-i Fe\+
•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）。 jC'h54 ,Mr
•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。 un 5r9
•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。 hP) Zm%@0f
 5REFz v*!N}1+J 光栅结构参数 o-@01_ j 1b3 a(^^E Dz0D ^(;V
•此处探讨的是矩形光栅结构。 o ks;G([
•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。 .aT@'a{F
•因此，选择以下光栅参数： "B {3q`(
- 光栅周期：250 nm K%dQ; C*?
- 填充系数：0.5 D\THe-Vtr
- 光栅高度：200 nm `^[k8Z(
- 材料n1：熔融石英 M[`[+5v
- 材料n2：TiO2（来自目录） 4G,FJjE`p
a]r+np]vTy  "kP,v&n .z gh,#= 偏振状态分析 1L!;lP2 Po)U!5Tm 7Vy_Cec1
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 DT`HS/~fH
•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。 _|u}^MLO
•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。 3/+kjY/
bh@Ct nO
 Yk|6?e{+) b,^ "-r 产生的极化状态 1L*[!QT4 KyNu8s k
 _-C/s p^  xfeE D^?
ym|7i9 其他例子 !A n?<Sv$ 6-|?ya
1gV?}' jq
•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。 HXU #Ux
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 0;l~B
^y @
W\  R0qZxoo ?xqS#^Z 光栅结构参数 ``CM7|)>` u:APGR ^ $Y7VA
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 nook/ 7]
•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。 |yk/iO(
•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。 $_F_%m"\
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 IVPN=jg?
 ];k!*lR) L (yUS)O 光栅＃1 NWn* _@7;
:2KHiT5
 d'96$e o~ ! Wr<T!T 'etA1]<N
•仅考虑此光栅。 A8.n oV
•假设侧壁表现出线性斜率。 {`D]%eRO
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Ibz9j u Y
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 y >=Y MD
$=.%IJ_MAz u~OlJ1V
假设光栅参数： t[TM\j0jW
•光栅周期：250 nm 9;LjM ~Ct
•光栅高度：660 nm j;.P
•填充系数：0.75（底部） ]6M<c[H>
•侧壁角度：±6° OpaRQ=
•n1：1.46 a"-uJn
•n2：2.08 3* I\#Z4p1
#; !@Pf 光栅＃1结果 w=XIpWl 4tm%F\Izy z6U'"T"a
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 _ ]5UuIMl
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 \'Ca1[y@B
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 B]tj0FB`-* fYPu%M N7  i@+m<YS:2> A@> /PB6n 光栅＃2 we _CF*zj
.T7 CMkYt
 hk=[ v7
;)h?P.] QD0x^v8
•同样，只考虑此光栅。 .bY>++CAPA
•假设光栅有一个矩形的形状。 We$
n
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 5[)5K?%
假设光栅参数： =!L}/Dl
•光栅周期：250 nm iN8[^,2H|
•光栅高度：490 nm i&H^xgm
•填充因子：0.5 a_! H_J
•n1：1.46 Evj%$7H1L1
•n2：2.08 >rlUV"8jY; |?J57 ( 光栅＃2结果 60|PVsmDm
w>*Jgc@A* 'GezIIaH
•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。 ]0T*#U/P
•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。 _yAY5TIv
•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。 =7e!'cF[
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