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摘要 d J:x1j
s@LNQ|'kO 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。 <]^;/ 2 .B F ^ t?*
 V?59 .TJ -Q PWi2:k 任务说明 ai j Gz< iv+jv2ZF%  B8AzN9v&"N |QOJ9~hxD 简要介绍衍射效率与偏振理论 @ ) ZO$h 某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 (Q8 ? ) 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： -wQ^oOJ  #S%Y; ilq 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 *X
l<aNNx 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： a@y5JxFAy  _G[I 2] 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 \41)0,sEy TUU E(sLA
光栅结构参数 ]p&< nK, 研究了一种矩形光栅结构。 (}1v^~FXj 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 -^4bA<dCCE 根据上述参数选择以下光栅参数： V9j1j}
r 光栅周期：250 nm } .3]
填充因子：0.5 M JKl]& 光栅高度：200 nm RC{Z)M{~ 材料n_1：熔融石英（来自目录） aZjef 材料n_2：二氧化钛（来自目录） k5t^s 04guud }  kq% gY BU:Ecchbr 偏振态分析 Y3$PQwn
.P 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 XME K5Z9Dd 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。 I\rZk9 F 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}7 @Mr`\ |\%F(d330  . pIR/2U\F :#w+?LA* 模拟光栅的偏振态 ]LBvYjMY
qE`:b0FT
 i=1 }lk q nl'J.d J e 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Q 6.*"` 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 K 5qLBz@U 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 te;Ox!B& 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 U8K &Q4^ 6I&j
cHH Passilly等人更深入的光栅案例。 N$%61GiulT Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 x\`R W 3 K 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 n4WSV
w.D4dv_H
 VPM|Rj:d nGx ~) T 光栅结构参数 ?UZ$bz 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 V9zywM 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。 2~M;L&9- 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。 AJ\VY;m7F 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 mNx,L+ 3
 }0BL0N`_ G}P) vfcH 光栅#1——参数 3q# "i& 假设侧壁倾斜为线性。 8B *E+f0 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 VR4E
2 ^ 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 3s?v(1 {) 光栅周期：250 nm " u<jbD 光栅高度：660 nm Bw 3F7W~l 填充因子：0.75（底部） NWJcFj_ 侧壁角度：±6° JlC<MQ? n_1：1.46 QT1: > k n_2：2.08 { r6]MS#l1
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 1UW s_|X! *MYt:ms 光栅#1——结果 y _'e yR@) 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 _x\-!&[p 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。 \|eJJC UsLh)#}h
 /B,B4JI)/ vIVw'Z(g} 光栅#2——参数 2q"_^deI5* 假设光栅为矩形。 4ef*9|^x# 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 w~<FG4@LU 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Job /@> ; 光栅周期：250 nm "H 5&3sF2 光栅高度：490 nm ATMc`z:5T 填充因子：0.5 CgVh\4,a n_1：1.46 A$7Eo`Of n_2：2.08 ElQJ\% +jq
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U_,[ 光栅#2——结果 EvwbhvA( 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。 Hs[}l_gYn 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。 lir &e
9I+ CxJfrI_W  =LXvlt'Q34 4-y6MH 文档信息 d@-wi%,^
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