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摘要 +Ux)m4}j
5GK=R aV 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。 )>LQ{ X. 1E Lzzn
 9H*$3 v _B u 任务说明 dN> XZv UTQ$sg|7p  1Giy|;2/ fys@%PZq 简要介绍衍射效率与偏振理论 * [*#cMZ 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。 g~d}?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： s-r$% 9o5  *IzcW6 [9 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 &Pt| 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 7Z>u|L($m  76[aOC 2Ad 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 。 ]?,47,[< i;^
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光栅结构参数 XF2u<sDe 研究了一种矩形光栅结构。 ]}9cOb%I 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 Cog Lo&. 根据上述参数选择以下光栅参数： ,_`\c7@ 光栅周期：250 nm P ] 2M 填充因子：0.5 ~az 6n) 光栅高度：200 nm AO;`k]0e 材料n_1：熔融石英（来自目录） ?mY )m
+ 材料n_2：二氧化钛（来自目录） TQK>w'L 3y> .1  </< _e0 zsI0Q47\ 偏振态分析 D0PP
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ) 0$ 7{3 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。 AW6]S*rh 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。 WX
79V ltt %X].[  C 0*k@k Gy mBc;^8I?23 模拟光栅的偏振态 D`e!CprF
c[< lr
 ~=%eOoZP;c <_MQC 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： q=bJ9iJsq 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 2Iz@lrO6 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 .eXIbd<C 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 HeG GAjc ]*}*zXN/E Passilly等人更深入的光栅案例。 % xLziF 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。 FH M^x2 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 &X_ I^*
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 8NeP7.U<w ci5ERv` 光栅结构参数 )QaJYC^ + 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 qChS} Q 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。 - J!F((jt 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。 \UJ:PW$7 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 O j MDxG
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 }<FBcc(n 0Qw?.#[9 光栅#1——参数 EP I mh 假设侧壁倾斜为线性。 F#4?@W 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 &Z=}H0y
q 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 w[PW-m^` 光栅周期：250 nm / c/!13| 光栅高度：660 nm |Y/iq9l
填充因子：0.75（底部） 2|EH Ny! 侧壁角度：±6° @z
dmB~C n_1：1.46 ,a$LT
n_2：2.08 R9S7p)B
ICq;jf ML
 o [ar.+[ :+]6SC0ql 光栅#1——结果 QwOQS
% 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 bL
*; N3#E 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。 `mw @" Ofqe+C
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D mg'-]>$ $] 光栅#2——参数 q7 Uu 8JXF 假设光栅为矩形。 SL%4w< 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 /;HytFP 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 qK|r+}g|& 光栅周期：250 nm 3p!R4f)GN 光栅高度：490 nm ,dBtj8= 填充因子：0.5 L=Dx$#| n_1：1.46 a eSy, : n_2：2.08 ]o,) #/' $ s_`wLQ7e  + 6r@HK`,t EF)kYz!@ 光栅#2——结果 pPQ]#v 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。 !n uXK 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。 +|#sF,,X4g (nBJ,v)  !S(jT?'w
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