摘要 p'uz2 /g
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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。 ;8i L,^.A
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任务说明 qffSq](D.
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简要介绍衍射效率与偏振理论 7f%Qc %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。 0 l: pWc
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： 1[BvHOI2
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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。 +.]}f}Y
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： cXcx_-
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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。 cIvYfgIo9
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光栅结构参数 m"( d%N7
研究了一种矩形光栅结构。 ^D;D8A.
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 KVM@//:{
根据上述参数选择以下光栅参数： (kQ.tsl
光栅周期：250 nm d^5SeCs6
填充因子：0.5 Z 'NbHwW}
光栅高度：200 nm NWHH .1|
材料n_1：熔融石英（来自目录） "qTC(F9N$.
材料n_2：二氧化钛（来自目录） cNo4UZvr
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偏振态分析 Z4AAg
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 H='9zqYZ<W
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。 };m7FO
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。 pR6A#DgB
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模拟光栅的偏振态 bEQtVe@`
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： PyT}}UKj:
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 <` xRqe:&9
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Sd\IGy{a
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 =3sldKL&F
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Passilly等人更深入的光栅案例。 (L 0 hS'
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。 {#*? S>DA
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 nG ^M 2)(8
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光栅结构参数 *lerPY3 q
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 'hlB;z|T
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。 F%.9f Uo
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。 L_gsG|xX
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 )YnI !v2T
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光栅#1——参数 _.OMjUBZT
假设侧壁倾斜为线性。 A:.IBctsd
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 {rb-DB-/5M
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 tT* W5
光栅周期：250 nm \Qi#'c$5+a
光栅高度：660 nm V"7<[u]K|
填充因子：0.75（底部） ,dZ H$
侧壁角度：±6° ?|">),
n_1：1.46 [ ^U;
n_2：2.08 ?b@q5Y
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光栅#1——结果 ?79SP p)oo
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 z[5Y
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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。 17 i<4f#
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光栅#2——参数 [>$\s=` h
假设光栅为矩形。 r;cI}'
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 bIb6yVnHi
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 B_."?*|w
光栅周期：250 nm C,|nmlDN
光栅高度：490 nm C`NBHRa>
填充因子：0.5 W( &Go'9e"
n_1：1.46 >}<29Ii
n_2：2.08 I
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光栅#2——结果 d`?U!?Si
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。 -uv
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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。 MPKp S3VS
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