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摘要 {Q c,Nl
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FZbLK 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。
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 :{4C 2qK> 3iUJ!gK 任务说明 G|RBwl ^VW]Qr!  $B7c\MR
j l(Dr@LB~ 简要介绍衍射效率与偏振理论 9yaTD xB> 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。 R !yh0y}Z 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： ;K~=? k  /q}(KJX 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。 P (DEf( 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： w]nt_xj  q%QvBN 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 。 8: )[. 9HEqB0|ZRu
光栅结构参数 ?PqkC&o[q 研究了一种矩形光栅结构。 QT
z N 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ({@" { 根据上述参数选择以下光栅参数： :J_UXtx 光栅周期：250 nm *rbgDa Q 填充因子：0.5 LT>_Y`5> 光栅高度：200 nm d2V\T+= 材料n_1：熔融石英（来自目录） egBk7@Ko 材料n_2：二氧化钛（来自目录） j}d):3! FPkk\[EU  Y652&{>q
dQ~GE}[ 偏振态分析 mj'N)6 ga 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 v#d(Kj 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。 )+|wrK:*v 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。 +nHr+7} F(zCvT  wN10Drc
w\ 0vP 模拟光栅的偏振态 _'1 7C /
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 y z!L:1DG EpKZ.lCU 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： >N 2kWSa 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 Fx}v.A5 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 D\+x/r?-I 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 '
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Ok &%- Passilly等人更深入的光栅案例。 $] xH"Z%" Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 qo 7<g*kf~ 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ("ix!\1K@
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 YgjW%q X@}7 # Vt 光栅结构参数 G7|d$!% 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ,/GFD[SQ 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。 h.]^ o*DJ 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。 );AtFP0Y 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 =OtW!vx#R.
 J k`Jv; llR5qq=t 光栅#1——参数 /Dd x[P5p= 假设侧壁倾斜为线性。 / m;Bwu 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 j^8HTa0Cy| 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 O g1\6Q 光栅周期：250 nm H_ 3Wx fO 光栅高度：660 nm a@&qdp 填充因子：0.75（底部） CQ< d 侧壁角度：±6° iG"v n_1：1.46 x 9\ {a n_2：2.08 xi.?@Lff
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光栅#1——结果 .#Z'CZO| 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 #K@!jh)y^ 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。 bZgo}`o% lul
 Iurz?dt4w 4clCZ@\K^ 光栅#2——参数 .t>SbGC 假设光栅为矩形。 2?Ryk`2i ) 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ".Q]FE@> 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 S {bp'9]$y 光栅周期：250 nm e@vZg8Ie 光栅高度：490 nm ' Kkp!eZQ~ 填充因子：0.5 YqXN|& n_1：1.46 #P z'-lo n_2：2.08 @XL49D12c ~2 XGw9`J2  -L2 +4 s0vcGh#w 光栅#2——结果 k5tyOk 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。 s"nntC 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。 Sh-B! 0QquxYYw,  qFDy)4H)
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