摘要 =7H.F:BBG
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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。 IcO9V<Q|
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任务说明 1h& )I%`?
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简要介绍衍射效率与偏振理论 ' aLPTVM^
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。 e=YO.HT
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： AW]("pt
+D6 -m
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。 z[_ R"+
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： s}z(|I rH
^?81.b|qb
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。 VuP#b'g=|]
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光栅结构参数 =kyJaT^5[
研究了一种矩形光栅结构。 LS*{]@8q
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 $#g #[ /
根据上述参数选择以下光栅参数： zlC^
光栅周期：250 nm iW1$!l>v
填充因子：0.5 }6yxt9
光栅高度：200 nm l;"ub^AH
材料n_1：熔融石英（来自目录） DtI%-I.
材料n_2：二氧化钛（来自目录） k4]R]=Fh.
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偏振态分析 KE&InTM/j
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Q;{D8 #!
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。 ?w c3 +?\J
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。 ;7B2~zL
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模拟光栅的偏振态 s8/ozaeo
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： =6 L :I x
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 =rs=8Ty?S
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 vQ9 xG))
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 o3(|FN
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Passilly等人更深入的光栅案例。 PW~cqo B71
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。 n?7hp%}
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 KU 8Cl>5
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光栅结构参数 k;AV;KWI'
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 4Tbi%vF{
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。 s\n,Z?m
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。 T3 B |r<>I
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^OGH5@"
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P+_\}u;
光栅#1——参数 [|P]S t-
假设侧壁倾斜为线性。 CC]@`R5
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ~Krg8s!F&
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 )f_"`FH0d
光栅周期：250 nm yA`]%U((
光栅高度：660 nm = *U%j
填充因子：0.75（底部） r4z}yt+
侧壁角度：±6° ix_$Ok
n_1：1.46 #L)4 |
n_2：2.08 ^LQ lfd
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光栅#1——结果 p-i]l.mT5
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 P^d . ,
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 t]YLt ,
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光栅#2——参数 UmHJ/DI@
假设光栅为矩形。 lhvZ*[[<)
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 i}&mz~
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 hdNZ" :1s
光栅周期：250 nm *U[Q =w
光栅高度：490 nm | 2c!t$O@v
填充因子：0.5 @kgpq
n_1：1.46 '~vSH9nx/
n_2：2.08 ct4)faM
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光栅#2——结果 D;;o
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。 oXZ@*
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。 %RR|QY*
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