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摘要 rx^vh%/
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`_L=~F8 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。 I W_:nm6 \L14rQ
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 z!09vDB^ {b F95Hs- 任务说明 mi~ BdBv @ &f3zq  oYWcX9R L M_/: 简要介绍衍射效率与偏振理论 !X 3/2KRP7 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。 i?^C c\gH 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： mPR(4Ol.  j\w>}Pc 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。 6km{=
``` 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： p{:r4!*L  QiU!;!s 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 。 +cAN4 >m!l5/
光栅结构参数 N kfu k 研究了一种矩形光栅结构。 4 uip!@$K 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 YM9oVF- 根据上述参数选择以下光栅参数： )2Gp3oD? 光栅周期：250 nm ail je 填充因子：0.5 Is6<3eQ\x 光栅高度：200 nm yVPkJ 材料n_1：熔融石英（来自目录） v2<roG6.V 材料n_2：二氧化钛（来自目录） /*GR E#7S H~~I6D{8  rN|c0N EXz5Rue
LV 偏振态分析 tK&.0)*= 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 LX<c(i 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 6p/g vp Z 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 0y4z`rzTn kmM4KP#&|  g
j`"| nbYkr*: "t 模拟光栅的偏振态 U5mec167
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uh`@ qmu) 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： hoASrj{s 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 JWG7QH 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 JH!qGV 1 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 o a,Ju v>Il # Passilly等人更深入的光栅案例。 ]>@;
2%YvY Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 < p(&8P 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 :=04_5 z
9frx 60
 5|1&s3/f z) 5n&w
S 光栅结构参数 {N y\9r 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。
1W;3pN 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 jG{ } b6 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ( DwIAO/S 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 S m#;fx+
 Pi6C1uY6 G*BM'^0+ 光栅#1——参数 32:, g4!~6 假设侧壁倾斜为线性。 S6H=(l58 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 PK C``+K i 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 o]#Q6J 光栅周期：250 nm TMG:f g&E~ 光栅高度：660 nm G;Y,C<)0k 填充因子：0.75（底部） c%)uG _ 侧壁角度：±6° X.s? =6}g n_1：1.46 }eb%"ZH4| n_2：2.08 M@Q= !!tQ(
6K P!o
 )T#;1qNB U6X~]| o 光栅#1——结果 ^iubqtT] 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 S^)r,cC 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 )F? 57eh H'I|tPs
 LH 4-b- !U>"H8}dv 光栅#2——参数 Xkl^!, 假设光栅为矩形。 J+\F)k>r 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 O)Nt"k7
b 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 s Nv T0 光栅周期：250 nm RYE::[O7 光栅高度：490 nm joDfvY*[ 填充因子：0.5 `P/* x[? n_1：1.46 q22cp&gmX n_2：2.08 }U'5j/EFZ ;~]&$ 2sk  zwU8i VDe |@nvg>mu 光栅#2——结果 ?xQ lX%&`6 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。 &;)~bS( 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。 T|.Q81.NE cYR6+PKua  ]Jnf. 3
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