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摘要 kaq H.e( YMb\v4 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。 CY "& @v1 d e)7_pCF| 
[uqe|< : 概述 ,T& =*q 9.)*z-f$ Z<jio
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 3D|Y4OM
•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。 [;~:',vHQf
•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。 n@>h"(@i
q% *-4GP
 ~QzUQYG* PxE 0b0eo
衍射级次的效率和偏振 $v5)d J DD5 S
R RI.6.f1dy
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 %8C,9q
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 gJ;jh7e@
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 ]$Ud`<Xnx
•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。 Y%$@ZYW
•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。 !'m
MGxkEb
 4PdJ
P}kBqMM 光栅结构参数 n@1;5)&k~ Z/
w}so kD"BsL*6!
•此处探讨的是矩形光栅结构。 iB- h3/
•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。 MC\rx=cR\
•因此，选择以下光栅参数： ''. P=
- 光栅周期：250 nm '2LK(uaU
- 填充系数：0.5 "p Rr>F a
- 光栅高度：200 nm MZPXI{G
- 材料n1：熔融石英 }2 53Q!f
- 材料n2：TiO2（来自目录） [- Xz:
*;N6S~_'Y  'J[ n}r %1JN% 偏振状态分析
iwiHw H]I^?+)9 uDe%M
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 U<|hIv-&
•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。 An.Qi =Cv
•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。 OCX>LK!K
Sh@en\m=#S
 1K&_t [c`u 产生的极化状态 ., vF% pQ %B#(d)T*-
 .sqX>sU/]  2SABu796j
03)R_A 其他例子 )8,) &F
4tGP-
L C@P4}X0,=
•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。 B*
hW
•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/+k[9l2
/c4@QbB  `@tn E g Cg]Iz< <bE 光栅结构参数 $q p,7RW Vi:<W0: KD(}- zUs
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 .ou#BWav/
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 uG:xd0X+W
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 i0jR~vF
{B
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 S!J wF&EW
 ^{l^Z
+b. 97L|IZ s) 光栅＃1 ]ysEj3
}$wWX}@
 `9>1 w d +#wh`9[wBt HuRq0/"
•仅考虑此光栅。 uB*Y}"Fn
•假设侧壁表现出线性斜率。 id=:J7!QU
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 w 1q`
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 %]iE(!>3oy
AzlZe\V?)~ Z<A BK`rEO
假设光栅参数： a}#8n^2
•光栅周期：250 nm 65g"$:0
•光栅高度：660 nm m DB?;a>
•填充系数：0.75（底部） !$1'q~sO
•侧壁角度：±6° $T-Pl57
•n1：1.46 Zk .V
•n2：2.08 \YN(rD-
o)}M$}4 光栅＃1结果 :@=;WB*0 1Bl;.8he.) [i 7^a/ 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。 $?FA7=_
•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。 }r _d{nhi
•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。 W}0cM9 g =o? Q0  ]?"1FSu-8r W, YYL(L 光栅＃2 qy$1+>f1
|OarE 2
 R&P}\cf8T
'}pe$= R| OY5@
•同样，只考虑此光栅。 Q(0eq_X|6
•假设光栅有一个矩形的形状。 898=9`7e
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 G~$[(Fhk
假设光栅参数： 6f^q >YP
•光栅周期：250 nm \[MQJX,d n
•光栅高度：490 nm 2nsW )bd
•填充因子：0.5 y%NZ(Y,v
•n1：1.46 <>I4wqqb
•n2：2.08 PD$@.pib ^\Gukkmh} 光栅＃2结果 s^6"qhTa
xzrA%1y yD\[`!sWk
•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。 *B ]5K{N
•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。 8*[Q{:'.
•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。 ( Ymj
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