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摘要 JG<3,>@%
tbPPI)lu 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。 O5{XT]: s =5H.q%PV
 iTt=aQjd |f:d72 {Qr 任务说明 W<LaR,7 z}8YrVr@  "B}08C,? w+3 7'vQ 简要介绍衍射效率与偏振理论 YxtkI:C? 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。 }}1/Ede{5 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： v 2 GhR*  Cv~hU %1T 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。 ;iORfUjxrq 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： vs@:L)GW\
 s4$m<" ~ 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 :'dc=C M([H\^\:
光栅结构参数 7S 2F^,w 研究了一种矩形光栅结构。 'U"3'jh 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 lkZC ?--H 根据上述参数选择以下光栅参数： oPy zk7{ 光栅周期：250 nm 8@aS9 th$ 填充因子：0.5 4) 3pa * 光栅高度：200 nm na3kHx@ 材料n_1：熔融石英（来自目录） X{xJ*T y' 材料n_2：二氧化钛（来自目录） N ]7a= }AiS 83B  [U(&Ae0V> 62x< rph 偏振态分析 3K!0 4\ 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 'Xl>,\'6 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 rrOq4 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。 W-PZE|< #@6L|$i X  JX)z<Dz$ $JB:ro zE 模拟光栅的偏振态 _Af4ct;ng
,A!e"=HF
 pmyM&'#Id ~fp+@j-A 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： &&n O]p` 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 fJw=7t -t 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 D
Ok^ON 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 =Xjuz:9D~ 'HWgvmw( Passilly等人更深入的光栅案例。 !(_xu{(DL Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 H8BO*8} 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 j' *p
K^vp(2
 0^&R7Rv c #KNq:@wp6 光栅结构参数 SfobzX}~Jh 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 >jz%bY 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 m=iov 2K > 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 kw^D p[8X 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 /-YlC (kL
 wt.{Fqm ;~:Ryl M 光栅#1——参数 4`-?r%$,: 假设侧壁倾斜为线性。 =@KY A(D 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 3:8nwt 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Vc52s+7=8 光栅周期：250 nm KO]?>>5S6 光栅高度：660 nm
iRwW> a3/ 填充因子：0.75（底部） Rf(x^J { 侧壁角度：±6° ,o>pmaoL s n_1：1.46 DET !br'z5 n_2：2.08 'Tf#S@o
5-5(`OZ{'
 UE,~_hp ) |h;J4V 光栅#1——结果 Bd oC6H 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 T3t~=b>&L 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。 LB*# /yw\(|T
 t6%xit+ aBVEk2 p 光栅#2——参数 C|d!'"p 假设光栅为矩形。 tD~PvUJ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 svq9@!go 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 d[ RWk k5 光栅周期：250 nm >,"D9! 光栅高度：490 nm 4=F]`Lql 填充因子：0.5 &X]=Q pl n_1：1.46 ;vv!qBl|@ n_2：2.08 ]k`Fl," 6KCCbg/  Fy _<Ui i9@;,4f 光栅#2——结果 22Y!u00D 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。 gKs/T'PW 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。 3dxnh,]&@ 1^60I#Vr@  yS uLt@X
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