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摘要 4sX? O4p
}2 \Hg 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。 h~qv_)F_ ^hr # 1
DZ4gp \gK'g-)} 任务说明 V|F/ynJfA P)XR9&o':  ,7Ejb++/M, Yakrsi/jV} 简要介绍衍射效率与偏振理论 1 <m.Q* 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。 X\w["! B 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： u~ VXe  IwS<p - 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。 }eI9me@Aa 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：
j=G  f3^qO9R 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 。 j^v<rCzc ( /?0|hi<_$
光栅结构参数 "=KFag 研究了一种矩形光栅结构。 >|gXE> 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 O*lIZ ,!n 根据上述参数选择以下光栅参数： 7xY&7 x(v 光栅周期：250 nm GMkni'pV 填充因子：0.5 { .0I!oWv 光栅高度：200 nm +fKV /tSWi 材料n_1：熔融石英（来自目录） J5O/c,?g 材料n_2：二氧化钛（来自目录） Tr4\ `a-i \TnK<83  @[`]w`9Q7 ^|vP").aQm 偏振态分析 2P${ 5WT 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 pIug$Ke_% 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。 lp5'-Jo 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。 X+HPdrT F&^&"(H}  :oYSvK7> U#sv.r/L}3 模拟光栅的偏振态 aqI m W
?5;wPDsK
 (&V )D?/hS .QA1'_ 9 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： =h?%<2t9< 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 +z#+}'mT% 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 hOV5WO\ 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 __ uk/2q 09 f;z Passilly等人更深入的光栅案例。 3h%Nd &_9 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。 <VQ@I 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 !}c\u
x%T^:R
 gx e u2 HG D vN0h(? 光栅结构参数 |%rRALIY 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 6 /p9ag] 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。 QW_v\GHx 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。 .m%5Esx 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 J-G)mvkv
 L$ ^ew0C %kH,Rl\g 光栅#1——参数 jaVx9FR + 假设侧壁倾斜为线性。 o)CW7Y#?, 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Uxe ]T 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 :RYYjmG5;
光栅周期：250 nm /Tw $} 8 光栅高度：660 nm vfVF^
WOd 填充因子：0.75（底部） Wcl = YB% 侧壁角度：±6° VG$%Vs n_1：1.46
nJ1<8 p n_2：2.08 ?VTP| Z
AT2D +Hi=E
 zP@\rZ @4 P8 w56 光栅#1——结果 *$JS}Pax 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Fa </ 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 5g'aNkF6> dDA &\BuS
 Pp4Q)2X =BV_ ? 光栅#2——参数 CHL5@gg@>y 假设光栅为矩形。 O -p^S 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -:J uxh 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 se bm 光栅周期：250 nm
Y8fel2; 光栅高度：490 nm p}K+4z 填充因子：0.5 z~1S/,Ca n_1：1.46 |uRYejj#j n_2：2.08 KEq48+j m
(kKUv  n^|7ycB' =^zOM6E1ZF 光栅#2——结果 YPw =iF] 这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 z}* L*Sk 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 y>r^ MQ c.>O psF  /$FpceB!W
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