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摘要 s?L oW6XF-yM 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。 ^s"R$?;h "S?z@ i(K^  ~2-1 j 概述 nZYBE03 0 </*6wpN kM N~Y
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 P( 8OQL:
•为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 gc$l^`+M
•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。 Lt>IX")
YT(AUS5n
 -6B4sZpzD r\^b(rNe
衍射级次的效率和偏振 *(DV\. l` c9h6C iGB}Il)
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 $1`2 kM5
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 z-)O9PV
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 SO0PF|{\r
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 g]0_5?i
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 ^k9I(f^c-_
 U z]|N6` HN|%9{VeB 光栅结构参数 { R6 ZKB 97!;.f- A~ 70
•此处探讨的是矩形光栅结构。 ~b8]H|<'Y
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 pFjK}J OF
•因此，选择以下光栅参数： o?\?@H
- 光栅周期：250 nm %1+4_g9
- 填充系数：0.5 pYf-S?Y/V
- 光栅高度：200 nm b OY |H~
- 材料n1：熔融石英 qlPT Ll
- 材料n2：TiO2（来自目录） Qt<&WB
fn
"=Me M )K  )l DD\J7 u]UOSf n 偏振状态分析 7- fb.V9 8KzkB;=n wk_@R=*(\
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 ncT&Gr
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 NK
H@+,+V
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 '}Z<h?9
"3Y0`&:D
 5` p.#
]:J$w]\ 产生的极化状态 7 HYwLG:\~ u Q KT
 |+D!=
:x  R.<g3"Lm>
4{|"7/PE1 其他例子 88$8d>- pOoEI+t $/Uq0U
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 F*ylnB3z
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 ]3Sp W{=^(
inp7K41  I{=Qtnlb +9sQZB# ( 光栅结构参数 dioGAai ' e~"U @8xk~ (X*^dO
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 =>~:<X.,
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 3F^ Q51:t
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 *. w 9c
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 #&e-|81H
 vKAN@HSYr yyTnL 2Y9 光栅＃1 S)" Jf?
Q ^^niVz
 {Ou1K Dy#) &s!@29DXR 5~DJWi,
•仅考虑此光栅。 m+z& Q
•假设侧壁表现出线性斜率。 s_p!43\J
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 S~G ]~gt
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 t\O16O7S
Bd py:'fJn <<O$ G7c
假设光栅参数： R`- S/C
•光栅周期：250 nm <qt |d&
•光栅高度：660 nm C\hM =%
•填充系数：0.75（底部） J C}D` h
•侧壁角度：±6° }"%N4(Kd
•n1：1.46 _Y m2/ 3!
•n2：2.08 y$M%2mh`
@BMx!r5kn 光栅＃1结果 4E }Yt$| ;5( UzQU P16~Qj
•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。 w_V P
J
•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。 Qn2&nD%zi
•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。 &mM0AA'\?H vW@=<aS Z  <9b &<K: ;}p 光栅＃2 sNFlKQ8)Q
)0k53-h&
 ]T) 'Hb
|u p bpa?C
•同样，只考虑此光栅。 .*Qx\,
•假设光栅有一个矩形的形状。 F,CT Z~
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ;q>ah!"k
假设光栅参数： -$Ih@2"6
•光栅周期：250 nm 3o/[t
•光栅高度：490 nm + LJ73
!
•填充因子：0.5 ML p9y#
•n1：1.46 WTiD[u
•n2：2.08 KqP#6^ _ 9;If&uM 光栅＃2结果 l;E(I_
i)
9W);rL|5 -trkA'ewZ
•同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 2st3
•相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 tX~ w{| k
•与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 EKN~H$.
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 =-Ck4 e *T 文件信息 tO&^>&;5
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