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摘要 F4:5 >*: pp2 Jy{\d 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。 mq4 VwT HUbXJsSP  3wQ\L=
概述 ! /1 ~ -CALU X 0* j \i@
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 q?8#D
•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。 lq?N>~PG
•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。 BF" eVKA
2#8PM-3"
 ?.ofs} }a%Wu 7D
衍射级次的效率和偏振 ClufP6' [=:4^S|M VeH%E.:
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 B5_QH8kt7
•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。 Np;tpq~
•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）。 a, `B.I
•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。 `:2np{
•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。 mA #^Pv*
 swMR+F#u* |1Nz8Vr. 光栅结构参数 gL1r"&^L @f-rS { 3Qp6 $ m
•此处探讨的是矩形光栅结构。 G $~hAZ
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 GT3}'`f B
•因此，选择以下光栅参数： tq*{Hil>P`
- 光栅周期：250 nm r%LG>c`^
- 填充系数：0.5 ,p W^>J
- 光栅高度：200 nm
)
urUa E
- 材料n1：熔融石英 1M[|9nWUC
- 材料n2：TiO2（来自目录） r)<n)eXeD
.SBN^fq  f Qw|SW }@53*h i( 偏振状态分析 >_X(rar0 }-&#vP~I ~\zIb/ #
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 'NnmL M(oh
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 @d|]BqQ4jh
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 l_fER p#y
0 IsnG?"
 6X$\:> iT1H bAT] 产生的极化状态 ">nFzg?Y 3>z+3!I z
 0%3T'N%  H$&P=\8n
OW8TiM
mK 其他例子 l_2YPon ~SE IIq |G)bn mi7
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 ;;L iZlf
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 +R31YR8C0
uJ,I6P~9  B_%O6 o7g6*hJz 光栅结构参数 tgu
fU ML
X: S? 2f 9%HX(5
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 u?8 e>a
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 o5 N rDDH
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 "C+Fl
/v
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 D&8*4>
 y(Q.uYz* yn{U/+ 光栅＃1 M]e _@:!
JI92Dc*o
 AdRt\H < et}s yPH !|#1z}(
•仅考虑此光栅。 +] {PEnJ
•假设侧壁表现出线性斜率。 R=HcSRTkA
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 GZ"J6/0-|
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 OH~I+=} .
Q__1Q Uu wW^3/
假设光栅参数： p2Fi(BW*q
•光栅周期：250 nm fOO[`"'Pq
•光栅高度：660 nm s ,GGO3^
•填充系数：0.75（底部） H3o Um1
•侧壁角度：±6° =[^_x+x
hE
•n1：1.46 fkr;
a`<W
•n2：2.08 LtBm }0
&v_b7h 光栅＃1结果 %:.00F([r TM$`J `LVX| l62
•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。 D,'@b+B[
•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。 <}Rr C#uiA
•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。 cX@72 ZD]5"oHY  1)=sbFtS imf_@_ 光栅＃2 ; +]GyDgVq
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 |70L h +
q P>Gre uEkUK|
•同样，只考虑此光栅。 _}wy|T&7k&
•假设光栅有一个矩形的形状。 E&RK My)
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 eVbaxL!Q^
假设光栅参数： m/W)IG>
•光栅周期：250 nm 4*9:
•光栅高度：490 nm u-E* _% y
•填充因子：0.5 [.`#N1-@M
•n1：1.46 p)=Fi}#D\
•n2：2.08 rF5O ?<( uia-w^F e 光栅＃2结果 DcQsde uQ
%8yX 6`lH Y: XxTa*
•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。 NE h5
•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。 u!&Vbo? .B
•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。 CEos`
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 CzZm C]5 文件信息 G>0S( M)
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