摘要
] ^f7 s36 trl:\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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`5HFRgL`. KC"# 任务说明
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x`P B 简要介绍衍射效率与偏振理论
)+Nm @+B 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。
PIZnzZ@Z; 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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[RAzKzC\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。
*qX! 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：
A-=B#U F 
.Lw p`{F/ 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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`[ ,> 光栅结构
参数 7o+JQ& fF; 研究了一种矩形光栅结构。
@i j8AGE: 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。
yN'< iTh 根据上述参数选择以下光栅参数：
fbl8:c)I 光栅周期：250 nm
Sckt g p8 填充因子：0.5
;)6L X- 光栅高度：200 nm
# NoY}* 材料n_1：熔融石英（来自目录）
3SI~?&HU!/ 材料n_2：二氧化钛（来自目录）
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I.4o9Z[? iY|zv|;]= 偏振态分析
LTn@OhC 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。
(0wQ [( 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。
^R g=*L 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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=XRTeIZ yLC5S3^1\" 模拟光栅的偏振态
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L#%H( tRUGgf` 瑞利系数现在提供了偏振态的信息：
L+=pEk_ 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，
。这说明衍射光是完全偏振的。
{?!0<0 对于𝜑=22°，
。此时，67%的光是TM偏振的。
W[$GB_A) 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。
p)x*uqSd UY ^dFbJ Passilly等人更深入的光栅案例。
4 !q4WQ ; Passilly等人的工作研究并
优化了亚
波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。
~x(1g;!^ 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。
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J~e%EjN5e 5x S
ze ; 光栅结构参数
`wMHjcUP 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。
9<" .1 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。
&7fw YV 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。
z PW [GkD 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。
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XEUy,>mR i"B q*b@ 光栅#1——参数
1#Ls4+]5 假设侧壁倾斜为线性。
'j#J1 xwJ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
o 94]:$=~ 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。
7A@iu*t 光栅周期：250 nm
zXEu3h 光栅高度：660 nm
(
! THd 填充因子：0.75（底部）
WGK:XfOBQ 侧壁角度：±6°
. `ND n_1：1.46
(V06cb*42[ n_2：2.08
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n6ws +A!E 6+' 光栅#1——结果
ZCcK Y6b 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。
rw |;?a0 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。
ycPGv.6 NCXr$ES{ 
-|FSdzvg hoDE*>i 光栅#2——参数
4Y>J,c 假设光栅为矩形。
)-u0n] , 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。
yu~o9 矩形光栅足以表示这种光栅结构。
Q4[^J QsR2 光栅周期：250 nm
4 g%BCGsys 光栅高度：490 nm
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# 填充因子：0.5
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Yg $ n_1：1.46
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:c n_2：2.08
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MB"TwtW %x]8^vze 光栅#2——结果
7gx
7NDt 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。
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"KV | 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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