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摘要 i ;tA<-$- \W\6m0-x 光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 Q O?ha'Sl HaC3y[ LJ0  RXof$2CZS 概述 @t2 Q5c o|}%pc 3 7]^ }
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 6X jUb
•为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 y-@!, @e
•为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 XnY}dsS O
' w!gQ#De
 "TV.$s$. ^GAdl}
衍射级次的效率和偏振 -'N#@Wdr n=SZ8Rj7 Y5NbY02E
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 6vjB; uS[
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 .J @[v
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 N 4v)0
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 !Q3Snu=
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 -# o+x Jj
 k1U~S`>$ FKx9$B 光栅结构参数 r zmk-V MU e 'xK Q)@1:(V/
•此处探讨的是矩形光栅结构。 _l,Z38
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 pk U e| V
•因此，选择以下光栅参数： 8k1 r|s@d
- 光栅周期：250 nm "^ = [*i
- 填充系数：0.5 A{J 1 n
- 光栅高度：200 nm vedMzef[@>
- 材料n1：熔融石英 '=~y'nPG7
- 材料n2：TiO2（来自目录） <D dHP
h]MVFn{  RsD`9>6) Uaj=}p\+.p 偏振状态分析 Q Bw
ZfX b y
U\I5 U jDF
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 5An0D V5
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 NslA/"*
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 ;
BZM~ '
L_|uB
 P{Z71a5 # VV.[ N 产生的极化状态 Wh Zaq c9 u T`h
 0GYEt  e]
K=Nm
6}T%m?/ } 其他例子 7ILa H|eN 9xQ 8` 7 T{<@MK%],d
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 &&}5>kg>d
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 [/Z'OV"tU
.G_3blE;  ^ B5 cNEO uK:-g,; 光栅结构参数 0Mu8Z VI{ V0Z7o\-J @5jG
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 d `kM 0C
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 T4=3VrS
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 ij(4)=
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 GWInN8.5
 bez'[Y{ a9Fm Y` 光栅＃1 p R wGv
3EVC8 ue
 A<Z 5 %W4aKb?BT Dsj|~J3
•仅考虑此光栅。 [u9JL3
•假设侧壁表现出线性斜率。 2ly,l[ p8
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 bk wa {V
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 a*' :W%7
uUz`= 4%A N
2"3~ #
假设光栅参数： I\upnEKKzZ
•光栅周期：250 nm |R;l5ZKvV
•光栅高度：660 nm 7p.h{F'A
•填充系数：0.75（底部） "P'&+dH8
•侧壁角度：±6° T1Q sW<*j
•n1：1.46 w2d]96*kQe
•n2：2.08 nF<y7XkO
% R|"Afa= 光栅＃1结果 eky(;%Sz 7y)=#ZG'R qggk:cN1
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 8 b(1ut{
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 '}Wu3X
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 F@ $RV_ M qo6LC >Qg  xIQ/$[&v 'cZMRR c < 光栅＃2 abo>_ "9-
m-ph }
 .%?- As
A~SL5h (/U)> %n
•同样，只考虑此光栅。 q9^Y ?`
•假设光栅有一个矩形的形状。 %{7_E*I@n
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 "Ap$ Jl B
假设光栅参数： UZje>. ~?
•光栅周期：250 nm /o~qC<7
•光栅高度：490 nm TCHqe19?
•填充因子：0.5 9zZ5Lr^21
•n1：1.46 2.LJp}>
•n2：2.08 ] <kupaRQ [eNkU">} 光栅＃2结果 nn @^K6
)sW6iR&_i M3Khc#5S(
•同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 b0@ >x T
•相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 /l,+oG%\
•与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 ><NI'q*cQ
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