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摘要 SOS|3q_`
/K<>OyR? 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。 *(sv5c!0M8 X MLl>w2z
 0.B'Bvn=s2 !{A#\~, 任务说明 UxnZA5Lk* i~m;Ah,#  W Qe Q`pM PE6ZzxR|U< 简要介绍衍射效率与偏振理论 8(H!iKHe 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。 \M*c3\&~,e 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： YIHGXi<"n  \{o<- S;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。 :]8!G- Z 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： jori, "s  e`?o`@vO, 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 。 v/,,z+%- 161 IWos
光栅结构参数 zOis}$GR 研究了一种矩形光栅结构。 @680.+Kw 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 &p55Cg@e) 根据上述参数选择以下光栅参数： Qgq VbJP" 光栅周期：250 nm 2Xv$ 填充因子：0.5 ,
ksr%gR+ 光栅高度：200 nm zSBR_N51 材料n_1：熔融石英（来自目录） !"
@<! 材料n_2：二氧化钛（来自目录） *tl; 0<n {7E pljH@  Wyb+ K)Tg u_Xp\RJ 偏振态分析 @$;I% 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 .Z@ i z5 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ixB"6O 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 |[$ TT$Fb R^ yh,  H4W!@"e a *nCvZ
模拟光栅的偏振态 3O|2Z~>3
<4-g2.\
 )vG xF}I3 lXut Z<S[ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： h~ehZJys 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 eo&G@zwN 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 GFvLd:p` [ 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 $,nidK!" ,]tMZ?n8 Passilly等人更深入的光栅案例。 !fJy7Y Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 @= {
qy} 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 r>6FJ:T x
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 bj@f<f` ~eXI}KhBw6 光栅结构参数 * b"aJ<+ 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 JHJ]BMm 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 q<cxmo0S 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 t V2o9!N4 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 oKPG0iM:
 )k81 43*;" w= 光栅#1——参数 4p>, 假设侧壁倾斜为线性。 cvjZ$Fcc%( 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 k8,s<m 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Wp^ A. 光栅周期：250 nm X*`b}^T 光栅高度：660 nm {z@a{L:SC 填充因子：0.75（底部） U/-|hfh 侧壁角度：±6° eyos6Qi n_1：1.46 l7(p~+o?h> n_2：2.08 vtRz;~,Z
8TYoa:pZ
 ;ao <{i? VYQ]?XF3i 光栅#1——结果 K"Gea`I 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ]!2[k A- 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。 )+f"J$ah Cjj(v7[E
 1/ A|$t[ 1|$J> 光栅#2——参数 lN_b &92 假设光栅为矩形。 _Bhd@S! 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5oo6d4[ 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 xN6}4JB 光栅周期：250 nm 4Td)1~zc3 光栅高度：490 nm 22 `e7 填充因子：0.5 ;bFd*8 ?; n_1：1.46 M%5_~g2n'\ n_2：2.08 1vCVTuRF uC2q P)m,^  i1!Y { 0bjZwC4J 光栅#2——结果 +[pJr-k 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。 hfs QAa 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。 wYh ]3 Kj:'Ei7  iN25 91S
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