摘要 yCvtglAJ4
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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。 0o"aSCq8t
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任务说明 Rd5_{F
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简要介绍衍射效率与偏振理论 X Fvl
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。 BEvY& 3%l
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： dN)8r
tVEe) QX
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。 fy4zBI@
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： OyF=G^w
/HpM17
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。 A*?PH`bY
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光栅结构参数 9<.O=-1~
研究了一种矩形光栅结构。 e ,/]]E/o
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 K F_fz
根据上述参数选择以下光栅参数： l|?tqCT ^h
光栅周期：250 nm \&hq $
填充因子：0.5 W Su6 chz)
光栅高度：200 nm lAP k/G
材料n_1：熔融石英（来自目录） Hf?@<4
材料n_2：二氧化钛（来自目录） XGR2L
DR
_ZK^J S
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W~;Jsd=f
偏振态分析 !SW0iq[7j
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Y
b3ckktY
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。 tr [}F7n9
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。 W_ `]7RO8
hbH~Ya=+S
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模拟光栅的偏振态 6I
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： QIGU i,R
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 @/.#
/
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 m6ge
%
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 !HDb{f
G|rE\h 2w
Passilly等人更深入的光栅案例。 FfJ;r'e Gs
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。 ~4{q
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ju{Y6XJ)
d j Ojd,
Y7}T uy dC
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光栅结构参数 +M0pmK!
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ~DInd-<5
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。 < #C,66k
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。 pX SS hU#
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 w+ R/>a( ]
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光栅#1——参数 9;e!r DW,#
假设侧壁倾斜为线性。 p@ ^G)x
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Z
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为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 2Cz h aO
光栅周期：250 nm SV>tw`2
光栅高度：660 nm 5[
zN M
填充因子：0.75（底部） ;t{q]"? W
侧壁角度：±6° u1%URen[x
n_1：1.46 ~( ^P(
n_2：2.08 kcCCa@~v
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光栅#1——结果 ,2S!$M
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 k7CKl;Fck
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。 F^u12R)
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光栅#2——参数 (I >Ch) '
假设光栅为矩形。 XIdh9)]^}
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ,;`f* #
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 &zEQbHK6
光栅周期：250 nm h@Q^&%w
光栅高度：490 nm nq M7Is
填充因子：0.5 3 v8LzS 3@
n_1：1.46 DzAZv/h76
n_2：2.08 ?_NKyiu95
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光栅#2——结果 BO[:=x`
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。 p%Z :SZZ
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。 3Qy@^ "
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