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摘要 Z}T<^
F mwZesSxB_ 光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 Jn +[:s. eU1= :n&&\  "Fy34T0N 概述 zPe4WE| X |.'_6l. 1HskY| X
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ( ;$ J5
•为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 } .3F| H
•为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 -i V&-oP
G`ZpFg0Y
 @%IZKYf c~ oylY1~~}0K
衍射级次的效率和偏振 +&jWM-T"- _K )B <P3r+ 1|R
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 <t,uj.9_
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 H4 Ca+ ;
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 FviLlly6
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 ik+qx~+`Qv
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 n <6}
 A-~#ydv L5(rP\B 光栅结构参数 8Z4d<DIJ S5@/;T LZM dW
#,[
•此处探讨的是矩形光栅结构。 ) UI$ s"
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 F:%= u
=
•因此，选择以下光栅参数： <GF) 5QB
- 光栅周期：250 nm _b<Fz`V
- 填充系数：0.5 "FT5]h
- 光栅高度：200 nm (sW:^0 p
- 材料n1：熔融石英 4;M
- 材料n2：TiO2（来自目录） f_Y[I :
D%LqLLD  U# ueG p> Ju)o 偏振状态分析 j1N1c~2 COOazXtW ?g}n$%*5y!
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 ^TyusfOz
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 DdJxb{y7
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 RV.z xPw>>
`4.Wdi-Si
 ]cc4+}L~ uTpKT7t 产生的极化状态 xB68RQe) !aeL*`;
 d0>V^cB '?  ~q?IG5s*Z
Bg-C:Ok 2' 其他例子 { Y|h;@j$ Z_iu^ Q M/5/Tp
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 [zm&}$nnN
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 MnO,Cd6{%d
":"QsS#*"#  H:`W\CP7_ HyiuU` 光栅结构参数 PkLRQ} % rdW: L 4zSro:Si
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 =3{ h9
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 z<+".sD'
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 K- )*S\<}
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 YUF!Y9!
 fg8V6FS req=w; E: 光栅＃1 Eg3rbqM- 8
76c4~IG#
 tRS^|?? 5dMIv<#T` 3rZFN^
•仅考虑此光栅。 }Tu_?b`RUm
•假设侧壁表现出线性斜率。 rzDqfecOmW
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 en=Z[ZIPO
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 vROl}s;
kNI m90,g HoT5 5v!o
假设光栅参数： U# -&%|b$
•光栅周期：250 nm 4. ,e3
•光栅高度：660 nm ?p. dc ~tZ
•填充系数：0.75（底部） B+jT|Y'
•侧壁角度：±6° +LQ 2To
•n1：1.46 BXa1 [7Z
•n2：2.08 !}"npUgE
E;$t|~ # 光栅＃1结果 'M_8U0k S5" xb D ,mFme
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 1ScfX\ F=
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 J6hWcA6 g
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 (*/P~$xIj $B~a*zZ7  U @|{RP 1;fs`k0p 光栅＃2 C 0 . Xp
q
.tVNKy%
 XC ? H
A{>]M@QC2 Fy`VQ\%7t
•同样，只考虑此光栅。 c [sC 2
•假设光栅有一个矩形的形状。 Wfu%,=@,
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 nkS 6A}i3o
假设光栅参数： n j;
KnZ
•光栅周期：250 nm $B}(5D a
•光栅高度：490 nm pP{b !1
•填充因子：0.5 2a5yJeaIv*
•n1：1.46 >6 :slNM#
•n2：2.08 /{>ds-;- uji])e MN~ 光栅＃2结果 i/C#fIB2
tOnaD]J g[8V fIe
•同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 &4O"Xs`ka
•相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 qlPjz*<h"H
•与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 np=m ~k
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