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摘要 c"Q9ob
NID2 $ p 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。 uMZ<i} U D5hk
 U9 % ^gC 1p SEr6 任务说明 a +9_sUq 8)b*q\ O'  k^s7s{ u hwCC 简要介绍衍射效率与偏振理论 ZKB27D_vg> 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。 nA=E| $1 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： bZ+H u~  em ]0^otM 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 N]|)O] /[ 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 8p/&_<mnW  :&RpB^] 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 wqX!7rD/g) ;jlI>;C;V
光栅结构参数 `{}DLaD9 研究了一种矩形光栅结构。 _gCi@uXS3 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 e4 .G9( 根据上述参数选择以下光栅参数： BG]|iHi 光栅周期：250 nm COH>B1W@ 填充因子：0.5 xR&L e/3+ 光栅高度：200 nm !\\1#:*_W 材料n_1：熔融石英（来自目录） RNcnE1= 材料n_2：二氧化钛（来自目录） ;M *G "T >;wyGW  P Qi= i[vOpg]J 偏振态分析 VlxHZ 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 C33RXt$X 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。 }. V!|R, 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。 U/\LOIs cNl$
vP83z  SMA' VU 1%N[DA^<\ 模拟光栅的偏振态 ovvg"/>L
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 "?"+1S 5F1P|t# 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： D}nRH@<` 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 V%FWZn^ 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 ]"\sd" 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 g'.(te | ey
U*20 Passilly等人更深入的光栅案例。 QY1 |:( 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。 Fyl lVrK 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ,T+.xB;Q@
*1U"uJno
 *p^*>~i9) 8fb<hq< 光栅结构参数 T2 XLP 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 /f ! ze| 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。 cN]g^ 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。 A_|X54}w& 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 hx;0h&L
wD $sKd bN>|4hS 光栅#1——参数 GbBz;ZV%z, 假设侧壁倾斜为线性。 q_h/zPuH' 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 BPypjS0?8 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 JZoH - 光栅周期：250 nm cGv`% 光栅高度：660 nm p+xjYU4^C 填充因子：0.75（底部） j\uPOn8k 侧壁角度：±6°
g6;a2 n_1：1.46 @kB^~Wf n_2：2.08 vC-5_p l
4inM d t ;bU #THM &h;J _Ps 光栅#1——结果 hixG/%aO 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ge$ p/ 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。 k6^!G " )L$)qfQ~x
 ^7V{nT@H3 C{FE*@U. 光栅#2——参数 pXoT@[} 假设光栅为矩形。 c7t . 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 DM3 %+ xY 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 &&`-A6`p 光栅周期：250 nm = g$>]AE 光栅高度：490 nm UR DXyA t 填充因子：0.5 KDJ-IXoU n_1：1.46 p!H'JNG n_2：2.08 c"`CvQO64 2D ' $  'zfj`aqc U$wD'v3pw 光栅#2——结果 *dX
7 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。 G
q2@37U 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。 7uxUqM \CZD.2p# &  x\'95qU
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