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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。 nM1F4G , 33[/j
 NM;0@ o .MzVc42< 任务说明 .m] "lH* Az}.Z' LJ  '51 8S"T @ a$* )d($ 简要介绍衍射效率与偏振理论 #MyR:V*a 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。 1yS [; 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： o& GS;{Rs  ur,!-t(~t 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。 gua +-##) 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： O "$uw  LK}Ih@ f 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 H <|ilL'fX -.>b7ui
光栅结构参数 ^}+qd1r 研究了一种矩形光栅结构。 *oC],4y~D 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 QU]& q`GE 根据上述参数选择以下光栅参数： L"|~,SVF 光栅周期：250 nm %MQU&H9 [ 填充因子：0.5 x pWx6 光栅高度：200 nm G^`IfF-j 材料n_1：熔融石英（来自目录） ETw7/S${ 材料n_2：二氧化钛（来自目录） #E?T E )AxgKBW  Ua>lf8w< O R &' 偏振态分析 N:j, 9p0, 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 B^;P:S<yG 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。 llCBqWn 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。 vdn`PS'# J4yL"iMt  \>T+ \?M TSGJ2u5ie% 模拟光栅的偏振态 E<j}" W$a
B}PT -S1l
 i'w8Li hV(> }hb 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ?s=O6D&
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 kYls jM 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 3@qy}Nm 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ne]P -5 0 >Mu I-^ 3 Passilly等人更深入的光栅案例。 pO ^PkX Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 k$u\\`i]oC 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 %h}Q f&U_
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 V`/ E$a1& ae1?8man 光栅结构参数 -C]k YQ
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 O_9M
/[< 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。 U9 <AL. 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。 /6 =IL 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 {|KFgQ'\
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光栅#1——参数 #\|Ac*> 假设侧壁倾斜为线性。 r{cefKJHg 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ( Dy6I;S 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 YUzx,Y>k 光栅周期：250 nm f9" M^i 光栅高度：660 nm DFgQ1:6[ 填充因子：0.75（底部） }McqoZ%F 侧壁角度：±6° #?OJ9pyG' n_1：1.46 InO;DA\ n_2：2.08 $?_/`S13
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 k? <.yr1 jR1o<]? 光栅#1——结果 q 9e(YX> 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ;u+k! wn 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。 ~.Wlv ; J!{ t/_aw
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5? 光栅#2——参数 Fy;
sVB 假设光栅为矩形。 j8cIpbp8x 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 syJLcK+e 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Qe[ejj1o: 光栅周期：250 nm "{;E+-/
aL 光栅高度：490 nm x%v[(*F#y 填充因子：0.5 h SeXxSb: n_1：1.46 o>6c?Xi& n_2：2.08 -> ^Ex` xU1_L*tu '  Silh[8 (-no`j 光栅#2——结果 ?XlPK Y 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。 wD\viu q0 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。 rAn:hR{ 3 T1,:r  eh39"s khc1<BBsT
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