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摘要 H0OO +MCe
ENqZ=Lyq 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。 M .6BFC {06-h %qr
 ?QF xds {9 |*au(K 任务说明 | ) ~-Wy qm/>\4eLt  e}{#VB< AEj%8jh 简要介绍衍射效率与偏振理论 :+\sKEzL 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。 Bt")RG 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： 93.\.&L\  FsOJ mWZ 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。 i75\<X 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： 1O0) +9T82  pFMjfWD,C 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 。 Tz6I7S-w *[
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光栅结构参数 3r[F1z2B 研究了一种矩形光栅结构。 a(yWIgD\\ 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 .?APDr"QQH 根据上述参数选择以下光栅参数： aJ=)5%$6kc 光栅周期：250 nm H1?C:R 填充因子：0.5 56kqG}mg& 光栅高度：200 nm k1g-%DB 材料n_1：熔融石英（来自目录） Kp7)my 材料n_2：二氧化钛（来自目录） 6:}n}q,V _0u= }tc  T} ?b,hNl$ <f}:YDY' 偏振态分析 %$b}o7U"s 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 &?p( UY7'" 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。 ,ko#z}Z4r, 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。 8MDivr/@ p)Q5fh0-  ;{wzw8!
73!NoDxb 模拟光栅的偏振态 zobFUFx
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 -0;{ >mvE[iXRG? 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： \>"Zn7 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 ,H?e23G 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 9-{.W Z 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 4@F8-V3q4 $Sy}im\H Passilly等人更深入的光栅案例。 T:%0i8 p Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 f$}g'r zl 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 O+'k4
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 )xg8#M=K v#g :]T 光栅结构参数 \cX9!lHl 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 k rlebPs[ 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。 &09~ D8f' 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。 )iIsnM 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 i,RbIZnJ
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% cRa g0.[ 光栅#1——参数 kAUL7_>6 X 假设侧壁倾斜为线性。 RJ 4=AA| 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 @pJ;L1sn 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 9ec#'i= 光栅周期：250 nm 2XUIC^<@s 光栅高度：660 nm w0=/V[fs 填充因子：0.75（底部） t=:5?}J.Q$ 侧壁角度：±6° c?c"|.-<p n_1：1.46 =*-a c n_2：2.08 ZV5IZ&V!
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 ,B x0 X H!n{Of 光栅#1——结果 [<^ '}-SJ 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 l %i*.b( 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。 .VmRk 9Z &jnBD r
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e!C 光栅#2——参数 )`|`PB 假设光栅为矩形。 j{t r''yN 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 vgNrHq&2q 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ei]Q<vT6 光栅周期：250 nm s"tH?m
)6 光栅高度：490 nm HDE5Mg " 填充因子：0.5 )g-0b@z!n n_1：1.46 E.*wNah"U n_2：2.08 CAA 3-"Cwi 97>|eDc Y  uE,T Ea 9; ,( hP /< 光栅#2——结果 51AA,"2[_ 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。 %vG;'_gM B 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。 `09[25? )iPU  pZc` !f "
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