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摘要 Mky8qVQ2
k||DcwO 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。 wen6 " jNNl5.
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qz:_T 任务说明 #0 WO~wL VI`x
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o&i63u "]`QQT-{0 简要介绍衍射效率与偏振理论 Z 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。 uNY]%[AnJ 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： ;nJ Cd1H  br'/>Un" 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。 w,.Hdd6 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： " ,rA  uL4 @e 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 。 m,TqyP# *WgP+"h
光栅结构参数 .ODtduURe 研究了一种矩形光栅结构。 F'#e]/V1 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 M$gy J!Pb 根据上述参数选择以下光栅参数： q 9pcEm4? 光栅周期：250 nm
Z{n7z$s* 填充因子：0.5 HF\L`dJX? 光栅高度：200 nm EH$wW l^ 材料n_1：熔融石英（来自目录） {UYqRfgbZ 材料n_2：二氧化钛（来自目录） 3r{'@Y
=)Y (<.1o_Q-LU  J:mOg95< rd 1&?X 偏振态分析 #PA"l` " 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Aq|L eH 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 5J&n<M0G1 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ]@ [=FK^ ^J~}KOH  Qzh:*O D\V}Eo';6 模拟光栅的偏振态 1
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 g}qK$>EPS D0k7)\puQ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Vq'&t<K# 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 } }( ~' 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 ?\#4`9 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Hab9~v ] u X0wg Passilly等人更深入的光栅案例。 s/To|9D 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。 SKfv.9 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 IB*%PM TF
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 Da@ tpKU)p d$2{_6 光栅结构参数 PUYo >eB)0 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 7\/O"Ot 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。 dadMwe_l0 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。 $oua]8! 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 0`ib_&yI
 aQ~x$T| b]g.>$[nX 光栅#1——参数 @i)tQd!s 假设侧壁倾斜为线性。 sy@k3wQ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 2iG(v._x 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 z!L0j + 光栅周期：250 nm "+ Qh,fTt 光栅高度：660 nm Xs`:XATb/ 填充因子：0.75（底部） Dk"M8_-_ 侧壁角度：±6° / w!' [ n_1：1.46 Z.mV fy% n_2：2.08 1VZ>*Tl
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 1)PR]s:-m@ z~Pmh%b 光栅#1——结果 B]qh22Yib 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 7kwG_0QO 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 =4%C?( \ a "1$z`ln
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?c1c 光栅#2——参数 E8dp 假设光栅为矩形。 N7j RdT2k% 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 s,29_z7 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 OLR1/t`V 光栅周期：250 nm ( gFA? aD< 光栅高度：490 nm Z{CL ! 填充因子：0.5 =Fs LF n_1：1.46 GSFT(XX n_2：2.08 D8 #q.OR] =!c+|X`  7cy~qg R Q'c~D)X 光栅#2——结果
=*Yc/ 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。 6;b 'j\jG 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。 ).boe& . KN`z68c4L  %N
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