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摘要 #/f~LTE
=I)43ah d 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。
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 Xq&B L,lS F_jHi0A 任务说明 ;%B9mM#p~ 9|#cj Hf  -p.\fvip cgSN:$p(R 简要介绍衍射效率与偏振理论 c$%*p
(zY 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。 n=vD EX:' 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： T?t/[iuHrj  %kjG[C 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。 HOF$(86zqA 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： W%-XN  o1 x 1SH 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 xI{4<m/0N >m,hna]R Z
光栅结构参数 k[;)/LfhS 研究了一种矩形光栅结构。 g-~ _gt7 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 r(46jV.sD: 根据上述参数选择以下光栅参数： @ we1#Vz. 光栅周期：250 nm ,0. k g 填充因子：0.5 czuIs|_ K* 光栅高度：200 nm [ 49Cvde^ 材料n_1：熔融石英（来自目录） 89g
a+#7 材料n_2：二氧化钛（来自目录） VNHce H nQjpJ
/=  Y \-W` 9Yv:6@. F 偏振态分析 Gl1XRNy C 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ]VRa4ZB{u 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 T8x)i\< 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 4a+gM._+O d8wVhZKI"  &uK(. @ q"u, Tnc; 模拟光栅的偏振态 IMH4GVr"
Mh. 1 KI[t
 1^ 。这说明衍射光是完全偏振的。 s)a-ky( 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 Fo.Y6/ } 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 %N*[{j= ^ CO='[ 1"_5 Passilly等人更深入的光栅案例。 E EDFyZ Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ayy\7b 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 \yr9j$
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 p"ZvA^d\ d:(Ex^^ 光栅结构参数 &zdS9e-fF 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 f+cb83}n] 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。 S4x9k{Xn 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。 yYA*5
7^A 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 "GO!^ZG]
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tlV&In w s'e 光栅#1——参数 /iU<\+ H 假设侧壁倾斜为线性。 *#T:
_ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 dLiiJ6pl* 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 '~D4%WKT 光栅周期：250 nm (p-q>@m 光栅高度：660 nm $oBs%.Jp 填充因子：0.75（底部） yE8D^M|g 侧壁角度：±6° .<%tu 0 n_1：1.46 &n6{wtBP n_2：2.08 d`^3fr'.4A
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 o$*( N {N4 'g_ 光栅#1——结果 41X`. 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 5n3yc7NPP 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。 ys9:";X;} r%U6,7d =)
 qUJ"* )S Q,KNZxT,q 光栅#2——参数 {A0jkU 假设光栅为矩形。 k&$ov 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Hr?lRaV 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 @ +b$43 ^ 光栅周期：250 nm zZCl]cql 光栅高度：490 nm =X R~I 填充因子：0.5 Z/ q6Q# n_1：1.46 9O;Sn + n_2：2.08 ?'> .> !85 bpQ.  @z1QoZ^w A6z ,6v 6 光栅#2——结果 #X-C~*|>j 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。 I3Vu/&8f| 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。 _
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