摘要
y?JbJ Y{yr-E #~M 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。
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{DK :"ep bn`zI~WS 任务说明
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OZ" <V^"` :kVV.a# g 简要介绍衍射效率与偏振理论
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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。
uUe\[ -~ 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：
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%:,=J 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。
8bGq"!w- 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：
_UBI,Dg] 
|gVO Iq 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
。
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0a 光栅结构
参数 +i^s\c!3; 研究了一种矩形光栅结构。
PWMaB 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。
$Y`aS^IW 根据上述参数选择以下光栅参数：
K_5& _P1 光栅周期：250 nm
du S #&w 填充因子：0.5
yd72y'zi 光栅高度：200 nm
KVR}Tp/R 材料n_1：熔融石英（来自目录）
H5s85"U# 材料n_2：二氧化钛（来自目录）
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3CE8+PnT nnG2z@$- 偏振态分析
$<cZ<g5) 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。
xu =B 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。
+V@=G &Ou0 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。
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)DmiN ^: r?!xL\C\ 模拟光栅的偏振态
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tA-B3 ] 9oP{Al 瑞利系数现在提供了偏振态的信息：
n vPE
N 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，
。这说明衍射光是完全偏振的。
f~FehN7 对于𝜑=22°，
。此时，67%的光是TM偏振的。
n@;x!c< + 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。
m0Syxb 0s|LK Passilly等人更深入的光栅案例。
eeU$uR 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。
pV6HQ:y1 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。
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^\&g^T% X|`,AK Jit 光栅结构参数
F2$bUY 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。
yXA f 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。
,-3(^d\1F 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。
@$P !#z 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。
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DBBBpb~~ LU,"i^T 光栅#1——参数
<aaDW 假设侧壁倾斜为线性。
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. 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
r. b6E% D 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。
"O[76}I+.q 光栅周期：250 nm
<cv1$
x ~P 光栅高度：660 nm
'$XHRS/q] 填充因子：0.75（底部）
Bh,)5E^m 侧壁角度：±6°
+MZ O%4 n_1：1.46
RVnyl`s n_2：2.08
SMO%sZ ] Gd-.E7CH! 
lo UwR z SP*JleQN 光栅#1——结果
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^h-p d 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。
G>,nZ/,A{ 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。
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2 `P K+ ; U qx&5P} 
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Os 光栅#2——参数
1Bk*G>CX9( 假设光栅为矩形。
5o| ! f 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
)L <?g !j~ 矩形光栅足以表示这种光栅结构。
O;0<^M/0G 光栅周期：250 nm
y)/$ge _U 光栅高度：490 nm
]jVSsSv 填充因子：0.5
mvA xx`jc n_1：1.46
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n_2：2.08
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*_<*bhR< to!W={S<ol 光栅#2——结果
<,pLW~2-" 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。
FPMSaN P 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。
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