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摘要 qri}=du&F xm <v">< 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。 FOOQ'o[} @-'/__cgt  P0%N
Q1bn 概述 {S5R K-ax LP^p~5Az 5h`m]#YEG
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 +1otn~(E
•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。 V";mWws+?#
•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。 J+ Jt4
Km6Ub?/7o
 2[jL^ XMM PD6MyW05%9
衍射级次的效率和偏振 8weSrm x96qd%l/ B#FHf
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•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 _1I K$gb[
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 @ v>l[6]>^
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 ppAmN0=G
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 v6wRME;JA
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 J.1O/Pw!.a
 a?5 WKO ?qju
DD 光栅结构参数 x&at^Fp lV P9 = > vUB%OLyP
•此处探讨的是矩形光栅结构。 h/,R{A2mO
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 &Fw[YGJayz
•因此，选择以下光栅参数： CPVz X%=
- 光栅周期：250 nm <^d! Vzr]
- 填充系数：0.5 hH cJN
- 光栅高度：200 nm Z}|TW~J=
- 材料n1：熔融石英 %d EB /[
- 材料n2：TiO2（来自目录） +T9 Q_e*
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ByJc  59V#FWe- DhZ:#mM{ 偏振状态分析 n'T He|:I !_qskDc- ODm&&W#*
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 2;8Xz 6T
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 <>%,}j
9
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 vkJ)FEar
Y=r!2u6 r~
 t {!/#eQC fV 3r|Bp 产生的极化状态 bG "H D?A_ >QXzMN}o
 l09Fn>wa  UEzsD Ju
l';p P^.q 其他例子 2gt+l?O<PS ?]^zD k@~ sI'a1$
•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。 UVrQV$g!
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 W;4Lkk$
Y,C=@t@_  '_V
#;DI ;J] 25j] ] 光栅结构参数 _pW_G 1U vYdR ht\( JBz}|M D
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 8!&nKy<Y
•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。 @D)Z{=>{=5
•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。 L1sqU-gt
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 /be=u@KV
 4 jQ'+ 2it
[ >f]@> 光栅＃1 # Q}_e 7t
C ZJV_0
 &R,9+c yY Y Nu` m[spn@SF
•仅考虑此光栅。 3+ =I;nj
•假设侧壁表现出线性斜率。 GX
}q9
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 gyev 5txn
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 b0rX QMu
~M5:= zKQ *t(4 $
假设光栅参数： _1aGtX|W
•光栅周期：250 nm dQD$K| aUp
•光栅高度：660 nm 9C/MRmv`
•填充系数：0.75（底部） a[s KE?
•侧壁角度：±6° z C=a3
•n1：1.46 *nRNg.i3D
•n2：2.08 !77NG4B
:HRT 2I 光栅＃1结果 .IgRY\?Q -R 0/o7 s9O2k}]
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 x zm@
v(
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 OX\$ nQ\o
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 4r&f%caU o5!f#Y  jn JZ# =) -:<lkq&/ 光栅＃2 ;JT(3yK4>p
7C7>y/u S
 irKIy
+&5' uAe gmP9j)V 6
•同样，只考虑此光栅。 ab.tH$:<
•假设光栅有一个矩形的形状。 2'|8Q\,:4Z
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 6B" egYv
假设光栅参数： 63 2bN=>
•光栅周期：250 nm Zb_apjg[4
•光栅高度：490 nm <+v{GF #R
•填充因子：0.5 ~aTKG|74
•n1：1.46 h/)_)
r.x
•n2：2.08 'wQv3 ; poT&-Ic[ 光栅＃2结果 Udgqkl
TQ ]dW eSfnB_@x2
•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。 5l{Ts04k %
•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。 ~F!,PM/
•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。
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