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摘要 T b:n6a@
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chlAQz( 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。 "c1vW<; Ho\K
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 LEHlfB#z`@ |;9OvR> A 任务说明 [@Uc4LX u&2uQ -T0  };29'_.."x tul5:} x3 简要介绍衍射效率与偏振理论 zSDiJ$Xk 某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 j$N`JiKM 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： %6kD^K-  LOR$d^l 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 h#;fBQ]
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： n3~xiQ'  ~A>3k2 N/e 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 V u;tU. (O /hu3
光栅结构参数 |Z# ) 1K 研究了一种矩形光栅结构。 *kZJ 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 [4PG_k[uTJ 根据上述参数选择以下光栅参数： k<8: 光栅周期：250 nm +% '0; 填充因子：0.5 mZMLDs: 光栅高度：200 nm qhL e[[> 材料n_1：熔融石英（来自目录） EDL<J1% 材料n_2：二氧化钛（来自目录） ,i,f1XJ| yd`.Rb&V  +#'exgGU^[ <P g.N 偏振态分析 1 fEV^5I 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 lq1pgM ?Kf 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 "1h|1'S50? 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 3u+~!yz |CStw"Fog  ?}B_'NZ% oAv L?2 模拟光栅的偏振态 6D w[n
jc)D*Cf
 a8A8?: b .j\=c 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ]#+fQR$ ! 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 *hFT,1WE=+ 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 1w1(FpQO. 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 oy/#,R_n% Ur]5AJ Passilly等人更深入的光栅案例。 )jCAfdnCs 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。 H[!by)H 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 >E[cl \5$E
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 g%[lUxL TpZ)v.w~l7 光栅结构参数 d}ue/hdw 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 pkBm AJb@ 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 Q]IpHNt[> 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 U,aV {qz 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 NWb,$/7T
 )6IO)P/Q~ NWv1g{M 光栅#1——参数 * J~N 假设侧壁倾斜为线性。 3ef]3 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .P-@ !Q5* 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 95?$O~I 光栅周期：250 nm tb{l(up /a 光栅高度：660 nm b ~%(5r. 填充因子：0.75（底部） zcP_-q]1 侧壁角度：±6° }|AUV n_1：1.46 H-^>Co _ n_2：2.08 QTtcGU
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 BEifUgCh N\<M4 fn 光栅#1——结果 Rf2;O< 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 vYrqZie< 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。 >g8Tl`P,iN nwHi3ojD:
 A $[@AY$MI F.^1|+96 光栅#2——参数 r5tv9#4] 假设光栅为矩形。 6 \/C] cZ%weQa#N) ()= 光栅#2——结果 W32bBzhL 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。 GC~Tf rf=r 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。 jrZM yG2j !D  *<"xF'C
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