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摘要 */\.-L{h
jPs+i 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。 /Mk) H
d : 1{j& $  ;+jp,( 7 概述 nY8UJy}<oL p']AXJ`Z =; `YtOL
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ((5zwD
•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。 [D,:=p`
•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。 roA1= G\Q
|H A7 C
 q1gf9` 0 N<{ `n ;
衍射级次的效率和偏振 U\
L"\N 7 *Q>:|F[vM &-* nr/xT
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 "4`%N A
•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。 O7\s1
V;
•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）。 S?{5DxilO
•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。 6Te}"t>
•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。 Y; w]u_
 [v`4OQ F/ cD x^}N! 光栅结构参数 :9#`| #uh |W <:rT @(
t:E`8
•此处探讨的是矩形光栅结构。 G 4}q*&:k
•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。 }*'ha=`J
•因此，选择以下光栅参数： | rvr Sab)
- 光栅周期：250 nm jQb D2x6(
- 填充系数：0.5 [1*/lt|+p
- 光栅高度：200 nm 6:,^CI|@ t
- 材料n1：熔融石英 6ZR0_v;TD
- 材料n2：TiO2（来自目录） 9yh@_~rZ
V\ "5<>+O  NM@An2
FNuu ',: 偏振状态分析 w b[(_@eZ mc'p-orAf _Pkh`}W:
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 dO[4}FZ$
•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。 RV` j>1
•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。 62jA
C6w{"[Wv=X
 vR$5ItnT t {"iIz_S 产生的极化状态 e{;e $at|1+bQ
 F 29AjW86  \zU5G#LQ
6W=:`14 其他例子 X t =bc At(9)6n8 Y2-bU 7mo
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 8~E)gV+v
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 r%pFq1/'!
l;A_ Aii(  BA-nxR ef&@aB 光栅结构参数 j\f$r,4 N| Pm|w*? =-LX)|x}
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 <y!r~?
•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。 A#S :_d
•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。 /zf>>O`
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 i[{]
LiP
 n-3j$x1Ne Uob |Q=MQ 光栅＃1 `HG 19_Z
=jc8=h[F<
 Lc<xgN+cJ ACO4u<M) 2j7d$y*'
•仅考虑此光栅。 b',bi.FH
•假设侧壁表现出线性斜率。 vQ mackY
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 @z)tC@
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 Tki/ d\!+
wp. e3l @O}j:b
假设光栅参数： 4V|z)=)A
•光栅周期：250 nm 9jGue lwN
•光栅高度：660 nm ot f%kG w
•填充系数：0.75（底部） 5` '=Ko,N
•侧壁角度：±6° NcBe |qxQ
•n1：1.46 ?vn 0%e868
•n2：2.08 =8p+-8M[d
' P`p.5nH 光栅＃1结果 6'Yn|A <hZ}34?]i2 c4> s E[]
•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。 =+}}Sv2
•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。 qzt2j\v
•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 Q b b2X'AHK S  (S sH uNt. ? h )3S 7 光栅＃2 R``V Q
x56
F
 xSDE6]
_8b]o~[Z+ >9<8G]vcH
•同样，只考虑此光栅。 PR@4' r|a
•假设光栅有一个矩形的形状。 x )VIA]
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 bI]UO )
假设光栅参数： Mj
B< \g>
•光栅周期：250 nm \W`} L
•光栅高度：490 nm iCnUnR{
•填充因子：0.5 YNC0Z'c9
•n1：1.46 '!^E92
•n2：2.08 40Qzo%eL lii ]4k+z 光栅＃2结果 Md>f
VyoE5 o `@$"L/AJ
•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。 85|95P. <
•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。 K\K O5A
•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。 Me I 2i
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