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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。 0`:0m/fsU `$05+UU
 r3'0{Nn+ #V@[<S2 任务说明 ? g}G#j 05Ak[OOU>  |Y4c+6@_ voiWf?X 简要介绍衍射效率与偏振理论 }Ge$?ZFH 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。 + JsMYv 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： `f S$@{YI_  N:_.z~>% 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。 *|Tx4 Qt 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： f["c,,[  0.+MlyA 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 。 Phr+L9Eog \(C6|-:GY
光栅结构参数 ` p#tx .o 研究了一种矩形光栅结构。 ;0 FfP 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 mb,\ wZ 根据上述参数选择以下光栅参数： LtW}R4}3 光栅周期：250 nm yvv]iRk< 填充因子：0.5 shKTj5 s? 光栅高度：200 nm ^VOFkUp) 材料n_1：熔融石英（来自目录） =bgWUu\F 材料n_2：二氧化钛（来自目录） ]lqLC Qco8m4n  0~4Ww=# ^ ,}1^?* 偏振态分析 |h%= a8 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 6+!$x?5|NP 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 u.;l=tzz 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 Ogv9_ X8 {^8?fJ/L  -Gy=1W`09 Z-:T')#Cf 模拟光栅的偏振态 MroN=%|t
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 V_zU?}lZ^ 5\V""fH 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： F%P"T%| 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 7>"dc+Fg 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 C~Hhi-Xl) 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 H-\Ym}BGu PzOnS Passilly等人更深入的光栅案例。 9fm9xTL Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 1_WP\@ O 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 SS xp!E'
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a;iX.K LAk Bf 光栅结构参数 )pSA|Qt N 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 bmu] zJ 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 h+=IxF4 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 eSQkW 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^hXm=r4ozR
 "}MP {/ NOg/rDs'{ 光栅#1——参数 4C/G &w& 假设侧壁倾斜为线性。 nrHC; R.nE 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 !wN2BCSY@ 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 z%S$~^=b 光栅周期：250 nm @R%* ; )*F 光栅高度：660 nm @^T~W^+ 填充因子：0.75（底部） w? >f:2(=[ 侧壁角度：±6° /poGhB 1k n_1：1.46 D&i\dgbK n_2：2.08 !B 4z U:d
a*-9n-U@[k
 .W^B(y(tA f"RC(("6W 光栅#1——结果 Q,:{(R 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ~Oa$rqu%m 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。 3_<l`6^Ns/ ]!ox2m_U
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光栅#2——参数 D'< L6w` 假设光栅为矩形。 <3!Al,!ej@ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 fG b}V'x}r 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 {.542}A 光栅周期：250 nm >ei~ :z]R 光栅高度：490 nm Lo3N)~5 填充因子：0.5 XVkw/ l n_1：1.46 yI1 :L
- n_2：2.08 'y\Je 7 {;DAKWm@T  KF
zI27r ele@xl 光栅#2——结果 4XNheP;b 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。 o!:Z?.! 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。 XHekz 6_ k V+^1@"  dpTsTU!\ tBbOxM m0
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