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摘要 : 2?J#/o >A|6 kzC 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。 LMWcF'l ,8g~,tMr+  o_p//S#q 概述 A+3@N99HeH I.j`h2 |< \L B
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 C_?L$3 U0
•为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 TS muNCR
•为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 uAR!JJ
n *%<!\gJ
 ^:K"Tv.= Qw.""MLmN8
衍射级次的效率和偏振 o|Obl@CSBD 2"C'Au &"fMiK3
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 1`2n<qo
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 'M Pt K
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 g>x2[//pk
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 Ze'AZF
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 =Z iyT$p
 U ?d 1 Ob?>zsx 光栅结构参数 a <FzHCw zTBr<: x`w
4LF
•此处探讨的是矩形光栅结构。 [[QrGJr
•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。 v
I@Wuu:
•因此，选择以下光栅参数： eb2~$ ,$
- 光栅周期：250 nm
+O}6 8 N
- 填充系数：0.5 oJR0sbikP
- 光栅高度：200 nm uh%%MhTjv
- 材料n1：熔融石英 _L(6F
T J
- 材料n2：TiO2（来自目录） 4hg]/X"H#
gQgG_&xkC  s<|.vVi" ~N;.hU%l 偏振状态分析 Ttb @98 1?`,h6d*= |:`f#H
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 Zgt, 'T
•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。 HQK %Y2S
•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。 mKtZ@r )u
AYd7 qx: ~
 P49lE BS>|M}G)r 产生的极化状态 Xdsd5 UUM 3Tg
 7qV_QZ!.  K7Kd{9-2
"wmQ,= 其他例子 Z_D8}$! b-U LoV [#k f l
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 %+i g7a:
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 F*o{dLJ)
cfMj^*I 
pMYEL 7m{ 'V`F 光栅结构参数 ! ]&a/$U +|).dm Xz4!#,z/
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 4Z"D F)+}
•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。 >,Zjlkh3
•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。 Aga2 I#1r
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 WmP"u7I4
 kB_G L>fc jn>3(GRGC$ 光栅＃1 #+|{l*>
, h5\vWZ
vr /V_ n'v[[ bmu YwQxN"
•仅考虑此光栅。 GN?^7kI
•假设侧壁表现出线性斜率。 di>"\On-
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ?P ,z^
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 T|Sz~nO}f
b/5?)!I Ovv~ymj
假设光栅参数： ]C3{ _?=
•光栅周期：250 nm Oj\lg2Ck
•光栅高度：660 nm q|b #=Af]g
•填充系数：0.75（底部） OGh9^,v
•侧壁角度：±6° [0El z@.C
•n1：1.46 M9HM:
•n2：2.08 g2 JNa?z
B /:q
光栅＃1结果 H ifKa/}P8 *r@7 :a5 B BbGq8p
•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。 0=# :x()e
•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。 7/a[;`i*!
•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。 U748$%}] F$ShhZgi  P {i \x# )o;/*h%@ 光栅＃2 I?uU }NK
I;<0v@
 9u ^PM
jOa . h >8D!K0?E
•同样，只考虑此光栅。 R2vT\ 6xv
•假设光栅有一个矩形的形状。 BaZ$p O^
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 H= 9kDP${
假设光栅参数： @ )1>ba
•光栅周期：250 nm 7n9&@D3 :P
•光栅高度：490 nm f_Ma~'3
•填充因子：0.5 jzI70+E
•n1：1.46 K' %2 'd
•n2：2.08 f6vhW66:?x ?;zu>4f| 光栅＃2结果 y G)xsY V
DDQ}&`s Y<-h#_
•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。 a$r-
U_?
•相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 83K)j"!<X
•与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 `l tc)$
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