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摘要 9: .m]QN
3. @LAF 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。 Y)@Y$_ s7afj t
 MVn N0K4 xP_/5N=f 任务说明 ,-hbwd~M #}Yrxf  DuNindo 8 e!PB3I 简要介绍衍射效率与偏振理论 %&_^I* 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。 cnS;9=,& 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： S)g:+P  41R6V>e@9J 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。 WW.@&#S5 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=+\ [|y  51JB,}dGH} 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 。 aZ$5" x!fG%o~h
光栅结构参数 Fsm6gE`|n 研究了一种矩形光栅结构。 V3# m s0 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Gbjh|j= 根据上述参数选择以下光栅参数： I 1n,c d[ 光栅周期：250 nm V y$*v 填充因子：0.5 ' Ut4= @) 光栅高度：200 nm YGC%j 材料n_1：熔融石英（来自目录） -uWV(
,| 材料n_2：二氧化钛（来自目录） gyD ;kn\CP a _ +?#m  h}! 9?:E 3 rB0 H
偏振态分析 yq49fEgc@U 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ym yzbE 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。 t/ Y0e#9, 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。 2mn AL# t"Ci1"U  Vi: ^bv P
woiX#vz 模拟光栅的偏振态 %0} ^M1
);%H;X+x
 w6Nn x5Ay R2n
2mQ < 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： aUzCKX%>C 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 Lj(cCtb) 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 m)} 0 1N4 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 p09p/ 9M;t4Um Passilly等人更深入的光栅案例。 Qw:!Rw,x 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。 n
Syq}Y3 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 V0v,s^\H
F^'$%XK V
 i ? ~-% VK]U* V1 光栅结构参数 \OA{&G. 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 cd1G.10 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 s6@mXO:H^ 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 xsB0LUt 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 sde>LZet/
 g/JF(nkP i-Rn,}v 光栅#1——参数 ey=KA t 假设侧壁倾斜为线性。 H:]cBk^[, 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 P2a5<#_ | 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 >P SO]%mE 光栅周期：250 nm [p9v#\G; [ 光栅高度：660 nm # G 77q$ 填充因子：0.75（底部） X)[tb]U/Wx 侧壁角度：±6° HKXC=^}x ' n_1：1.46 /@k#t dj n_2：2.08 A}SGw.3
YND }P9 h
 )rK 2%\Z 0SQr%:zG 光栅#1——结果 |MFAP!rycS 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 x_nwD" 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。  qK a}O* :.,9}\LK 光栅#2——参数 o=3hWb e 假设光栅为矩形。 O `9c!_lis 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &bW,N 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 a X^T[ 光栅周期：250 nm 3&+dyhL'w 光栅高度：490 nm /ooGyF 填充因子：0.5 &rBe -52 n_1：1.46 }yEV&&
@ n_2：2.08 Y=P*
Ev5~ = ]  ;Z d_2CZ b$,Hlh,^ 光栅#2——结果 G kjfDY: 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。 RW L0@\ 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。 Or5?Gt X ha9x,  Reikf}9Q
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