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摘要 |[k/%
E(i<3U"4h[ 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。 e1e2Wk :
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 Wcy N, 5 0Hz*L,Bh4 任务说明 #,dE ) Pg3O )D9  M (,npW Z/ "jLfP 简要介绍衍射效率与偏振理论 mWUo:(U 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。 p]d3F^*i 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： R3]Ra&h6N)  mQQ5>0^m 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)jj]$0 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： Bc {#ia  l<7)uO^8 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 L#'B-G4&y q]%c
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光栅结构参数 N?d4P u1m 研究了一种矩形光栅结构。 YuWsE4$ 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 *KP
60T 根据上述参数选择以下光栅参数： lFT_J?G$' 光栅周期：250 nm &H!#jh\w 填充因子：0.5 *g$egipfF 光栅高度：200 nm :@6,|2b e= 材料n_1：熔融石英（来自目录） '-F
}(9M 材料n_2：二氧化钛（来自目录） \lVX~r4 M[ea!an  XgUvg J #D"fCVIS 偏振态分析 i%7b)t[y 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 2}P<}- ?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。 m /"\+Hv 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。 Gc)
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u`06 v4}kmH1 模拟光栅的偏振态 ]XEkQ
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 #`6A}/@.+ "M*Pt 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： C'ZF#Z 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 DiF=<} >x 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 ' vO+,- 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 %=J<WA6\ W! FmC$Kc Passilly等人更深入的光栅案例。 9k_3=KS3N 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。 D/_=rAl1 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ` ` o:N`
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 @>'.F<:P< M>df7.N7%P 光栅结构参数
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g 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 rm*Jo|eH` 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。 ap k06"/ 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。 (S+tQ2bt 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 $smzP. V
 /U[Y w) O&93QN0 光栅#1——参数 STp}?Cb 假设侧壁倾斜为线性。 IEV3(qzt 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 b'fj 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 >\b=bT@iM 光栅周期：250 nm <{.o+~k 光栅高度：660 nm 8cy#[{u`; 填充因子：0.75（底部） )+[IR 侧壁角度：±6° 1c S{3 n_1：1.46 k3se<NL[ n_2：2.08 6vz9r)L
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 6.|f iQs ] mP GF Y 光栅#1——结果 Y;>0)eP 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 8}m] XO 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。 b9HE #*d, @= )_PG
 :NHh` @0F +ib72j%A 光栅#2——参数 } 9e4 ?7 假设光栅为矩形。 o
Wg5-pMWZ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Nzz" w_ # 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Bsw5A7,- 光栅周期：250 nm !8ub3oj) 光栅高度：490 nm M")v ph^ 填充因子：0.5 7,ODh-?ez n_1：1.46 E]6C1 C&K n_2：2.08 '.oEyZA;o HS| &["  =x}27f%-Mg q%#dx4z& 光栅#2——结果 z (r Q6 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。 [|V<e+>T/ 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。 P5Ms
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