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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 .6pVt_f0/ 'On%p|s)H
 N LSJ
D b%xG^jUXsX 任务说明 n x 5I 3
t+1 M  )D7/[zb^ -]Aqt/w"l 简要介绍衍射效率与偏振理论 Ime" }*9 某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 +6(\7? 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： E g_ram`\R  rouaT 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 Bh65qHQO 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： (~?p`g+I.P  ZtX
CPA! 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 RVh{wg Ed1y%mR>
光栅结构参数 UYhxgPGsj 研究了一种矩形光栅结构。 9[:TWvd 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ?DKY;:dZF 根据上述参数选择以下光栅参数： C/ q!! 光栅周期：250 nm sV]I]DR 填充因子：0.5 [G"Va_A8 光栅高度：200 nm pzeCdHF 材料n_1：熔融石英（来自目录） !9_'_8 材料n_2：二氧化钛（来自目录） A(+%D Z vywpX^KPv  cT
n C @jKB[S;JSn 偏振态分析 #cqI0ny?G 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 !iW> xo 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 sA oxLI 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 *rA]q' jM @iN"]GFjS  OU<v9`< 8"o@$;C 模拟光栅的偏振态 p lM:7#eA
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 M<P8u`)>4H ^p3 W}D 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： +t J 7Z R% 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 Qw<&N$ 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 ZWQ/BgKB 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 eU8p;ajW!L P+DIo7VTX Passilly等人更深入的光栅案例。 gmZ] E45 Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 R1(3c*0f 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 P=Su)c
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g%v<'K i:1
@ vo 光栅结构参数 e(Rbq8D 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 y2=yh30L0E 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 IRTD(7"oyp 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 Z{ 1B:aW 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 L[!||5y
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光栅#1——参数 8#/y`ul 假设侧壁倾斜为线性。 45WJb+$ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ilAhw4 A 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 _tE55X& 光栅周期：250 nm /*MioaQB}p 光栅高度：660 nm ^9kx3Pw?8 填充因子：0.75（底部） uaZHM@D 侧壁角度：±6° n}c~+ 0`un n_1：1.46 $=) Pky-~ n_2：2.08 KtGbpcS$f
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 Udq!YXE0 mi[8O$^iJ 光栅#1——结果 h`iO s > 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ;%;||?'v 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Xt
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 6[S IDOp*^ opMn Lor 光栅#2——参数 :>U+HQll 假设光栅为矩形。 dFy GI? 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 p}<60O"r$ 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 # 1dg% 光栅周期：250 nm u1=K#5^ 光栅高度：490 nm fH $#vRcq 填充因子：0.5 _*MK" n_1：1.46 8:> V'j n_2：2.08 v*%52_ l qKj;'  ~]q>}/&YLo [FLR&=.( 光栅#2——结果 e~d=e3m Bp 这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 i s~2{: 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 K6sXw[V C[ e[s}tjx  /(.:l +[w[ Eku 9u
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