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摘要 +@H{H2J 4
\=` j o$S 光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 A)Rh
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 ^,)nuU y D;jbZ9 任务说明 z#rp8-HUDS Plhakngj  6V}xgfB o^MoU2c 简要介绍衍射效率与偏振理论 @8+v6z 某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 {"2CI^!/U. 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： E7_OI 7C  {`T^ &b k 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 [tElt4uG 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： LR\8M(rtvH  5tzO=g O[ 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 ):}A Quy] g5u4|+70
光栅结构参数 6`bR'
0D 研究了一种矩形光栅结构。 mEkYT 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 }$r]\v 根据上述参数选择以下光栅参数： 4HX;9HPHE< 光栅周期：250 nm r y@p 填充因子：0.5 hE$3l+ 光栅高度：200 nm x 25zk4- 材料n_1：熔融石英（来自目录） Df:/r% 材料n_2：二氧化钛（来自目录） zK{ } Zy8tI#  uJeJ=7,EO zjSl; ru 偏振态分析 -5|el3%) 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Q<ia 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 U@{> +G[ 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 j]]5&u/l o)x&| 0_  Zk>m!F>,p @$
lX%p> 模拟光栅的偏振态 O=lRI)6w@e
XW@C_@*J
 /=A@O !l 7~'%ThUb$- 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： gs0`nysM# 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 m\bmBK"I 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 s0/m qZ]s 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 jp@X,H ES csxn" Dz\ Passilly等人更深入的光栅案例。 ,dw \y/dn Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 m({ q<&]Qp 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 |$ZS26aYw}
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 ?~#[ cx .;.Zbhm 光栅结构参数 ~ Fl\c- 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ,j\uvi(Y 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。 oIIi_yc 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。 `T ^0&# 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Gm =&[ ?}
 ggYi 7Wzsd |Tkicge S 光栅#1——参数 kM=&T fpj 假设侧壁倾斜为线性。 Yl?s^]SFU 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ,# .12Q! 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 61OlnmvE 光栅周期：250 nm E<0Mluk 光栅高度：660 nm Cw kQhj? 填充因子：0.75（底部） qe(C>qjMbG 侧壁角度：±6° $= 2[Q n_1：1.46 ]n<B a7Y n_2：2.08 @ T>^
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18;# ;E5XH"L\ 光栅#1——结果 [fb9;,x` 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 px+]/P <dX 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。 sCQV-%9 9.( [,J
 MBKF8b'k $#W^JWN1 光栅#2——参数 7!m<d,]N 假设光栅为矩形。 _4#7 ? p 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 U~@;2\
o 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 b].U/=Hs 光栅周期：250 nm o_kZ 光栅高度：490 nm v4uQ 0~k~X 填充因子：0.5 P *PJ n_1：1.46 H$Pf$D$ n_2：2.08 p:{L fQ XtBEVqrhi  4 2-T&7k rwh 4 /h^S 光栅#2——结果 ?@`5^7*
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。 Nt?=0X|M 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。 :6EX-Xyj ]6|?H6'/`v  +ek6}f#
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