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摘要 RL Beti >
~>C@n'\lv 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。 DONXq]f:," gDHgXD D_b
 AY]d wKw 2tz%A ~}4 任务说明 t%@sz s"u6po.'  0$RZ~ i?+ZrAx> 简要介绍衍射效率与偏振理论 a] 0B{ 某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 P#^-{;Bu 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： 5^kLNNum  _v~c3y). 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 6T-h("t 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： m\9R;$ \  "*08?KA 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 。 _ ~q!<-Z )OjTn"
光栅结构参数 zK Rt\;PW 研究了一种矩形光栅结构。 n7Em
t$Hi> 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 G$# Q:]N 根据上述参数选择以下光栅参数： @bPR"j5D 光栅周期：250 nm ;/ wl.'GA 填充因子：0.5 s
&4k 光栅高度：200 nm -cDS+ * [ 材料n_1：熔融石英（来自目录） 0L->e(Vf7u 材料n_2：二氧化钛（来自目录） d|I_SI1 YUGE>"{  xIt' o(jQH O} #Ic$38 偏振态分析 b/#SkxW#S 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 _*&I[%I5 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 .>QzM >zO 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 #}M\ J0Q G -DVoO2|Dv  MP/@Mf\<E aPU .fER 模拟光栅的偏振态 "|N58%
W4OL{p-\/
 ,=_)tX^ fAEgrw%Ti 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 3o_)x 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 W D/\f$ 4 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 GtuA94=!V& 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 |Do+=Gr$t@ (M0"I1g|w Passilly等人更深入的光栅案例。 >m $jJlAv8 Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 wDQ@$T^vh 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?g{--'L
L/J1;
 34*73WxK } Z/[ " 光栅结构参数 N_:H kI6 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 MZ2/ks 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。 r5RUgt 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。 -1_ WE/Ps 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 [ Xa,|
 o*k.je1 2Kkm-#p7 光栅#1——参数
A
".v+ 假设侧壁倾斜为线性。 `e`}dgf0S| 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 R\a6 #u3 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 <<=.;`( /v 光栅周期：250 nm TdU'L:<4l 光栅高度：660 nm 0dTHF})m 填充因子：0.75（底部） n1!}d%: 侧壁角度：±6° "|Ke/0rGB n_1：1.46 "L0Q"t: n_2：2.08 eS`ZC!W
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 FNN7[ku! CL|d > 光栅#1——结果 aZ,j1j0p 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 6%a9%I s!O 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。 ~GLWhe -
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^tg 光栅#2——参数 -k?K|w*X 假设光栅为矩形。 SHc?C&^S 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4 <j 7F4 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 S.zY0 光栅周期：250 nm s v.?C pE 光栅高度：490 nm s||c#+j"8 填充因子：0.5 mz2 v2ma n_1：1.46 O:]e4r,' n_2：2.08 yMz dM&a!* b$eN]L  ~eyZH8& Ak dx1h, 光栅#2——结果 ` t>A~.f 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。 h+c9FN 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。 zNO,vR[\ )Z*n m<=  c Cx_tGR"
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