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摘要 c:@OX[##
bD-/ZZz 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。 8}pcanPg mNnw G);$
 guU r1Ij 4U! .UNi 任务说明 <*r<+S Y|0-m#1F#  ${I@YSU QGbD=c7 简要介绍衍射效率与偏振理论 K9I,Q$&xX 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。 <igx [2X 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： m`yn9(1Y[  M::IE|h 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。 4xAlaOw5M 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： +/b4@B7  f5=t*9_-[ 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 。 H/@M *a4b`HRT
光栅结构参数 ( /x@W` 研究了一种矩形光栅结构。 +U_-Lq ) 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 LA=>g/+i.X 根据上述参数选择以下光栅参数： NW4
s 'roP 光栅周期：250 nm ,5A>:2 zs 填充因子：0.5
]tdo & 光栅高度：200 nm wD?=u\% & 材料n_1：熔融石英（来自目录） {Oh kuON 材料n_2：二氧化钛（来自目录） A_(+r [P&,}o)+E0  hRy }G'0 ^/d^$ 偏振态分析 t zW<&^ 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 j ]?0}Z* 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。 P15 * VPy 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。 iq^L~RW5e CF} Nom)  @X6#$ex \2<yZCn 模拟光栅的偏振态 \(>$mtS:
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 k>0cTBY& rIFC#Jd/ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： D N 8pJa 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 V\M!]Nnxr 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 nog\,NT 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 )p^jsv. CU>K Passilly等人更深入的光栅案例。 HlL @{< Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 NX ""?"q 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 <9@]|
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 !U b?eJp &G,o guo 光栅结构参数 ~Yz/t 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 2#:]%y;\ 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 iB iA0 W 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 +heS\I_Mp 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 6 45C]l
 POg0=32 &N7:k+E 光栅#1——参数 _T N$c 假设侧壁倾斜为线性。 'TN{8~Gt* 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 8}#Lo9:,d 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 S5
nw 光栅周期：250 nm 6-X?uaY)os 光栅高度：660 nm x5 ~E'~_ 填充因子：0.75（底部） Y& Lk4 侧壁角度：±6° U}wq~fD n_1：1.46 UlN|Oy, n_2：2.08 l`%}
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 Rw{ v"n 8kc'|F \ 光栅#1——结果 ,M h/3DPgE 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ?ZV 0
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。 }~C ZqIP i |^`gly
 y{?jr$js< ^-;Z8 M 光栅#2——参数 n03SX aU~V 假设光栅为矩形。 R"t$N@ZFb 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Xsn - +e 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 bfI -!, 光栅周期：250 nm f -nC+ 光栅高度：490 nm %dU'$) 填充因子：0.5 KC -aLq/ n_1：1.46 D&m"~wI n_2：2.08 f EiEfu !cq| g  446hr zW>@ .F3LA6se 光栅#2——结果 :::f,aCAu 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。 /"{ ,m! 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。 Odtck9L gO%i5  ,UZE;lXJ'Q
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