摘要 r nr-wUW@
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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。 !z4I-a
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任务说明 D86F5HT}}
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简要介绍衍射效率与偏振理论 o
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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。 j
n SZ@u
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： V?"U)Y@Y
WoGnJ0N q
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。 ?Sa,n ^b*H
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： C R?}*
$b{8 $<;9
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 ^lZ7% 6
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光栅结构参数 L xIKH
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研究了一种矩形光栅结构。 ^ w``(-[*
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 v@yqTZ
根据上述参数选择以下光栅参数： 4~$U#$u_
光栅周期：250 nm ~uZ9%UB_m
填充因子：0.5 ^ %Cd@!dk
光栅高度：200 nm Vh?vD:|
材料n_1：熔融石英（来自目录） =1R
2`H\
材料n_2：二氧化钛（来自目录） rKslgZhQ
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偏振态分析 `RE>gX
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 %@)q=*=y
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 iM:-750n/
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 M.MQ?`_" b
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模拟光栅的偏振态 n[K%X s)
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Oe@w$?
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 /c-k{5mH%
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 r1R M7y
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 A&v Qtd
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Passilly等人更深入的光栅案例。 o_Y?s+~i[/
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+117m
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 [qkW/qS
mdrqX<x'~
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光栅结构参数 )c9Xp:
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 L1 Yj9i
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。 !J<0.nO/:
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。 o(l %k},a
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 s!D2s2b9e
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光栅#1——参数 }u0&> k|y
假设侧壁倾斜为线性。 ,d_rK\J
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 tlvZy+Blv
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 u 6l)s0Q
光栅周期：250 nm P2s\f;D wr
光栅高度：660 nm _<c}iZv@
填充因子：0.75（底部） Th\T$T`X$
侧壁角度：±6° BSd.7W;cS=
n_1：1.46 $kmY[FWu?
n_2：2.08 `uusUw-Gf
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hDUU_.q)D
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光栅#1——结果 a x;<idC}
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 8JR&s
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。 5{1=BZftZ
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光栅#2——参数 v6uRzFw
假设光栅为矩形。 =<aFkBX -
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ZXiJ5BZ
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Q\xDAOEL
光栅周期：250 nm Y@MxKK uj
光栅高度：490 nm ?-`&YfF
填充因子：0.5 A8S9HXL
n_1：1.46 (0_zp`)
n_2：2.08 b~)2 `l
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光栅#2——结果 -Ks)1w>l
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。 upeioC q
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。 M80O;0N%A
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