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摘要 ysw f2F 6+>X`k%D 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。 )
AGE"M3X I7f :T N  Lq@uwiq! 概述 @Y9tkJIt 9a1R"% Z _a?x)3\v
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 vHPsHy7y
•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。 b|k(:b-G&.
•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。 pwVGe|h%,
XK0lv8(
 /b4>0DXT5 sC :.}6
衍射级次的效率和偏振 $9Xn.,W h2+"e# _ %|2x7@&s
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 rXGa av9
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 FB~IO#E8W
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 AQ"rk9Z
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 <\
".6=E#W
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 7.yCs[Z
 =G 'c % &y3;`A7, 光栅结构参数
#V[Os!ns Fl== k U :aaa
•此处探讨的是矩形光栅结构。 W {}M${6&
•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。 ?*QL;[n1
•因此，选择以下光栅参数： b^P \Kky
- 光栅周期：250 nm @_#]7
- 填充系数：0.5 4 `}6W>*R
- 光栅高度：200 nm [/J(E\9
- 材料n1：熔融石英 B-$ps=G+z
- 材料n2：TiO2（来自目录） j#VR>0oC]\
9J}^{AA  \&v)#w d8^S~7 偏振状态分析 _tnoq;X[ Hv
=7+ O$ JWxSN9.X
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 2d OUY
$4
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 ~.S/<: `U
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 -}>H3hr
Ht~YSQ~:y
 t0ZaI E !3*%-8bp 产生的极化状态 SXV
f&8 5lE9U oG[Q
 zwlz zqV  (%]M a
[5P1 pkZ 其他例子 xZMAX}8 v -wnBdL X/S%0Aw Z
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 ,Mn?h\
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 rWuqlx#
|f[:mO  2&<&q J Mbxrj~ue 光栅结构参数 B}d)e_u Lj )5s-"o< "Qe2U(Un
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 F:G
Vysy
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 ]ex2c{
G
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 ) ! l1
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 >6z7. d
 9 E
11-?M 光栅＃1 %Q5
|RL D
]7%+SH,RdD
 JjBl j e '&iAPc4= BbNl:`
•仅考虑此光栅。 5S%#3YHY2
•假设侧壁表现出线性斜率。 ,k6V?{ZA
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 "l-b(8n
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 pRh) DM# 9
{&)E$ M D{iPsH6};5
假设光栅参数： x /?w1
•光栅周期：250 nm (!diPwcv
•光栅高度：660 nm od]1:8OF
•填充系数：0.75（底部） +(o]E3
•侧壁角度：±6° MZ <BCRB
•n1：1.46 PWN$x`h g[
•n2：2.08 2!6-+]tC
6w $pL( 光栅＃1结果 8F T@TUFb A@
4Oq pm'i4!mY<P
•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。 Jnq}SUev
•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。 1(m[L=H5>
•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。 `&o>7a; -ob1_0  Xwk_QFv3 p!p:LSk"/b 光栅＃2 ~5wT|d
P&9&/0r=_
 =_9 grF-
6kHb* L Je @" BkLF
•同样，只考虑此光栅。 jR mo9Bb2
•假设光栅有一个矩形的形状。 [|oOP $u
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ~ #9(Q
假设光栅参数： C_V5.6T!
•光栅周期：250 nm 4j -%I7
•光栅高度：490 nm (& -!l 2
•填充因子：0.5 eih~ SBSH
•n1：1.46 tLe "i>
•n2：2.08 #P-T4 R H!uq5` j0K 光栅＃2结果 '645Fr[lg
DzG$\%G2R} )W$@phY(I
•同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 ./E<v
•相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 5jK9cF$>
•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。 5SwQ9 #
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