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摘要 VWt=9D;
lGK7XAx, 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。 _l]
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g` m[" e7>9G
 AXxyB"7A} d]K8*a%[- 任务说明 MV3K'<Y \s)$[pAF  Pbbi*&i J*K=tA 简要介绍衍射效率与偏振理论 vv) O+xt 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。
,_V/W' 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： 4`o0?_.'  ze9n }oN 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。 pk'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： lxZ9y  +8 "8s 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 。 4gEw }WiP P()n=&XO6
光栅结构参数 .P T7 研究了一种矩形光栅结构。 ?Qd`Vlp7 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 7Q'u>o 根据上述参数选择以下光栅参数： pUmT?N! 光栅周期：250 nm /g %RIzgW 填充因子：0.5 vMX \q
光栅高度：200 nm +B8oW3v# ) 材料n_1：熔融石英（来自目录） U7/
=| Z 材料n_2：二氧化钛（来自目录） _qOynW gkTwGI+w  ;H8`^; \I6F;G6 偏振态分析 )#4(4
@R h 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 t{s>B]i^_w 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。 xh<{lZ)KJ 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。 ~#so4<A`3 OhaoL mA}6  - f:PgBj WC _U'nTu4 模拟光栅的偏振态 ;#Qv
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(I;81h`1G
 ">8oF.A^ IcqzMm b 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： txMC^-J2l 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 =d~pr:.F 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 L`O7-'` 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 `B8`<3k/( o&k,aCQC Passilly等人更深入的光栅案例。 fpZHE=} r 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。 \% }]wf} 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 =D?HL?
|V}tTx1
 .2rpQa/h pnuwj U- 光栅结构参数 Rm,>6bQx 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 J.g6< n 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。 Q>\DM'{:4 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。 FW3E UC)P 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 6_rgRo&
 e8_EB/)_Z I3Z\]BI 光栅#1——参数 |z@AvS [ 假设侧壁倾斜为线性。 y fuH 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 v3n
T@r a' 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 fOsvOC 光栅周期：250 nm \ ux {J 光栅高度：660 nm tK+JmbB\ 填充因子：0.75（底部） RMs8a ZCa 侧壁角度：±6° FL$S_JAw n_1：1.46 8/P!i2o n_2：2.08 8U]mr+
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 |XQ\c.A m^RO*n. 光栅#1——结果 *cX i*7|= 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 QR-pji
y 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 sQr M"i0Y> \SgBI/L^
 j,i)ecZ> " 9 vL+Hh 光栅#2——参数 &`]T# "> 假设光栅为矩形。 :UKc: JVNM 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 }U}ppq0Eo 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 dgByl-8Q 光栅周期：250 nm z - ]ND 光栅高度：490 nm bVZA f 填充因子：0.5 , a2=OV n_1：1.46 va#].4_ n_2：2.08 4]
u\5K- AS4oz:B  (A?w|/bZd 3:OqD~,zy 光栅#2——结果 >B$ IrM7J 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]e;p\8$Z 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。 (2 hI vMJ_n=Vf  ][ 8`}ki 1
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