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摘要 ~^J9v + 20w4
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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。 ()ww9L2 [
e#[j{  @GWlo\rM6^ 概述 #!C|~= s_P[lbHt. o]B2^Yq;x
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 tN;^ {O-(V
•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。
N8)]d
•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。 c27Zh=;Tj
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 v.53 fx ?L"x >$
衍射级次的效率和偏振 2S//5@~_m gNC'kCx0c ;!j/t3#a
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 jfYM*%
•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。 qOAhBZ~
•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）。 XO5E-Nh
•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。 y*E{X
•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。 L>p SE'}
 TVVu_ib ,x utI 光栅结构参数 i r5eR}H =N2@H5+7 2RdpVNx\y
•此处探讨的是矩形光栅结构。 s
>k4G
•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。 hyY^$p+
•因此，选择以下光栅参数： SduU XHk
- 光栅周期：250 nm ypNe TR$4
- 填充系数：0.5 w+{{4<+cd
- 光栅高度：200 nm p7L6~IN
- 材料n1：熔融石英 C 't% e
- 材料n2：TiO2（来自目录） (`<B#D;
]d* O>Pm  c^R "g)gr 212 =+k 偏振状态分析 P0rdGf 5T (L!u[e0[# N6v*X+4 JH
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 #fF D|q
•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。 eGUe#(I /
•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。 \}Kad\)
m|[ cEZxHB
 #2+hu^Q- 5a/3nsup5 产生的极化状态 ;1k_J~Qei 7o-}86x#
 wKJK!P  ]0pI6"
)5TX3#=;(G 其他例子 R(2MI}T n&8N`!^o xRF_'|e
•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。 17 VNw/Y
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 &# @"^(} 6
&A^2hPe}  & WdP=E" cSj(u%9 } 光栅结构参数 FYK}AR<= XV !UeBq <4;f?e u
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 eh*F/Gu
•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。 ltd'"J/r
•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。 eoPoG C
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 N]|U-fN\
 +*RpOtss e co=ia 光栅＃1 UL" <V
V{0 V/Nv
 Fh)YNW@ +7K]5p;!~ E} ]S GU "
•仅考虑此光栅。 + >v{#A_u
•假设侧壁表现出线性斜率。 2 aQ}|
`
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 b; I!Cy D
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 (7v`5|'0
\g|;7&%l3 #p=Wt &2
假设光栅参数： c:}K(yAdd
•光栅周期：250 nm -A Nq!$E
•光栅高度：660 nm /zV0k W>N
•填充系数：0.75（底部） D7$xY\0r
•侧壁角度：±6° yNQ 9~P2
•n1：1.46 xX])IZ D
•n2：2.08 ;}k_2mr~
m$$9 8N 光栅＃1结果 CY9`HQ1 W/;qMP1"- p|w;StL y
•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。 dk2o>jI4;
•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。 B Zw#ACU
•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。 yM34G S=,J /XW,H0pR  ; D<rGkry vGPaW YV 光栅＃2 z~a]dMs"(P
]%%c c
 9$'Edi=6
g:c
@ 3!B3C(g
•同样，只考虑此光栅。 BcoE&I?[m|
•假设光栅有一个矩形的形状。 dzMI5fA<_
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 ts0K"xmY\c
假设光栅参数： /h%MWCZWm^
•光栅周期：250 nm *'(dcy9
•光栅高度：490 nm LvS3c9|Aj
•填充因子：0.5 K#{E87G(
•n1：1.46 5 *>3(U
•n2：2.08 x]U (EX`t$ _'oy
C(:} 光栅＃2结果 i JE|u
&On0)G3Rc h Tn^:%(
•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。 `o*g2fW!
•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。 Qs{ Qg<}
•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。 3/ @'tLtN
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