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摘要 "z9 p(|oZ I c')L*i7O 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。 } za "rU ?3Y~q;I]O  lXOT >$qR< 概述 -0f ,qNF 3*!w c.= -cP7`.a
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ^SC2k LI
•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。 TAp8x
•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。 ;\(X;kQi
p` /c& }
 fF]w[lLDv < tto8Y
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衍射级次的效率和偏振 i.Z iLDs\7 y ]D[JX[ Nn='9s9F?}
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 Wf:LY L
•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。 iph}!3f
•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）。 (Qf . S{ ;
•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。 I#PhzG C@
•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。 ,Vfjt=6]}
 X;7h y0Y iOJ5KXrAO 光栅结构参数 W*r1Sy J^y?nE(j yV?qX\~*
•此处探讨的是矩形光栅结构。 T oX--w4
•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。 [ahK+J
•因此，选择以下光栅参数： za!8:(
- 光栅周期：250 nm N~~
sM" n
- 填充系数：0.5 ;LqpX!Pi
f
- 光栅高度：200 nm YDYN#Ob(;
- 材料n1：熔融石英 i !;9A6D
- 材料n2：TiO2（来自目录） bYBE h n
$0XR< D  \wF- [' ]N X.+ |o@G 偏振状态分析 }inV)QQ IxaF *4JG %ty`Oa 2
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 \ )kD B*(? Vw]!Kb7tA 产生的极化状态 bs0[ a 1/ (0E<Fz
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 1pAca Jzf  otX/sg.B*
ZI.Czzx\= 其他例子 Cy dV$!&mP qe 'RvBz uHq;z{ 2GI
•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。 mDx=n.lIz
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 M+*K-zt0
- 9Dr;2\  -&l%CR,U n8tw8o%&[ 光栅结构参数 R@ ){=8%z % {-r'Yi% C 5g 9Gg
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 E0AbVa.
•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。 -Fq`#"
•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。 cn: L]%<
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 ZUkM8M$c
 .N7<bt@~) BA[ uO3\4 光栅＃1 &\%\ "Zh
q@g#DP+C
 6-z(34&N )-0+O=v 3N 5@<:2`
•仅考虑此光栅。 P\WFm
•假设侧壁表现出线性斜率。 \SoT^PW
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 nxB[T o*P
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 D|*yeS4>
HX) ]@qL O >'tag
假设光栅参数： m/"([Y_
•光栅周期：250 nm <<b]v I
•光栅高度：660 nm \d*ts(/a*
•填充系数：0.75（底部） w{t]^w:
•侧壁角度：±6° E*h!{)z@F
•n1：1.46 \t 5_ V)P
•n2：2.08 w3z'ZCcr;"
I{ h KN V 光栅＃1结果 Q :.i[ '4_c;](W P a eq
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 ?4oP=.
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 I,< ?Kv
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 &> B" /z r6kJV4I=re  2W 2 T d14 n > 光栅＃2 q#@r*hl
/!MVpi'6&
 no W]E}nN
T:@7E L QM*
T?PR
•同样，只考虑此光栅。 "}wO<O6[
•假设光栅有一个矩形的形状。 .rITzwgB
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 M9""(`U
假设光栅参数： U1 HG{u,"y
•光栅周期：250 nm M >[
A
•光栅高度：490 nm G |[{\
•填充因子：0.5 ]Vmo >
•n1：1.46 ];lZ:g T
•n2：2.08 M9afg$;.xe JXMH7 光栅＃2结果 zj(V\ y&H
% 1$#fxR J8i,[,KcE
•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。 ~\A F\n%
•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。 r~2hTie
•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。 :vX%0|
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