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摘要 fBQ?|~:n
S\CRG> 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。 )a 3IQrf= ~8m=1)A {(
 <9sO Er k?}E 任务说明 #oJ5k8Wy Od?qz1  QORN9S Y *G UAO){' 简要介绍衍射效率与偏振理论 ^;c 16 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。 +w 8R!jdA 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： CU7F5@+  QKE9R-K TE 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。 R<x'l=,D( 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： -TZ p
FT"  Ez{MU@Fk 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 。 0R0{t=VJZ }Yv\0\~'W|
光栅结构参数 VxFO YC>p 研究了一种矩形光栅结构。 MV=9!{` 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 "G:<7oTa 根据上述参数选择以下光栅参数： K q.:G% 光栅周期：250 nm rfw-^`&{ 填充因子：0.5 VzJ5.mRQ 光栅高度：200 nm
oQ=>'w 材料n_1：熔融石英（来自目录） -{
u*qtp 材料n_2：二氧化钛（来自目录） ""svDfy$ gGMWr.!
8  Rte+(- iL $0^P0RAH 偏振态分析 @u._"/K 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 5(
_6+'0 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 C>Is1i^9 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ",>H(wJ8 iRi{$.pVJ  1| 8<H~& bw&myzs 模拟光栅的偏振态 g+PPW88P;
/# <pVgN
 DF {OnF k'_ P 7 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 8j1 ekv 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 KLC{7"6e) 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 u-"c0@ 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 B}d.#G+_$x 7< 9L?F2 Passilly等人更深入的光栅案例。 w{ `|N$ 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。 wNE$6 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Q:6VYONN
eo^/c +FG
 TCvSc\Q[:1 /XS&d%y 光栅结构参数 &Np9kIMCB 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 #=}$OFg 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。 woq )\;CK 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。 YwH./)r= 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 c<+;4z
 nT#JOmv ;7Oi ! BC 光栅#1——参数 t5
a7DD 假设侧壁倾斜为线性。 djT5 X 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 VhEM k\ 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Mp\ <cE 光栅周期：250 nm T@^]i& 光栅高度：660 nm g<\z= H 填充因子：0.75（底部） nws"RcP+Z 侧壁角度：±6° 8Z85D n_1：1.46 A\te*G0:S n_2：2.08 3kmeD" .
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8psi0 光栅#1——结果 `"k9w C1 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 \Btk;ivg 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。 !PUp>( /-0'
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 o 07IcIo }fhHXGK. 光栅#2——参数 2Oh p]G 假设光栅为矩形。 +?`b=6e(` 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ! d9 AG| 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 'PdmI<eXQ 光栅周期：250 nm GO5 ~!g 光栅高度：490 nm m(sXk}e;1 填充因子：0.5 JhR W[~ n_1：1.46 ,yLw$- n_2：2.08 # WE]`z d 6!EYrX}rI[  oU W<4l 7y*ZXT]f 光栅#2——结果 [~Hg}-c 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。 ; 7G_f 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。 L*]E`Xxd9 SlT*C6f  qJ[@:&:
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