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摘要 %
H<@Y$r 73B[| J* 光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 C}|.z _#1EbvO*l  +_{cq@c 概述 gj
iFpW4 ,zuS)? lQiw8qD
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 (?g+.]Dt,
•为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 ;B;@MD, B
•为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 kBLF K3i
P9 '`
2c
 Rr %x;- <^Vj1s
衍射级次的效率和偏振 f0 sGE5 cbyzZ#WRb \H:T) EVy
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 7$ lnCvm
•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。 I:i MRvp
•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）。 8!Wh`n<
•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。 W6i{ yne W
•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。 }q@#M8 b
 _ C?Wk:Y@ )
yMrE T
m 光栅结构参数 N$]er'` aqI"4v]~b `"&Nw,C
•此处探讨的是矩形光栅结构。 ft(o-f7,
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 `e
=IXkt
•因此，选择以下光栅参数： `L`+`B
- 光栅周期：250 nm 8^ f: -5
- 填充系数：0.5 WV$C ZgL
- 光栅高度：200 nm `9K5 ;]
- 材料n1：熔融石英 R*D<M3
- 材料n2：TiO2（来自目录） ZAg Xz{!H(
$!.>)n  G$i)ELs E^F<"mL* 偏振状态分析 j
%gd:-tA (~^fx\-S ]q%r2 (y,k
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 W[O]Aal{
•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。 6K pq~o
•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。 > Dr(%z6CN
&su'znLV
 edp
I? El<*) 产生的极化状态 *tF~CG$r b/z-W`gw
 Dd5
9xNKm  2P"9m
RtMI[ 其他例子 @=VxW U o?Hfxp0} eTx9fx w
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 !lgL=Ys(
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 \tI%[g1M
K 4!-%d$  INi $-Y+ 2@zduL'do_ 光栅结构参数 D9oNYF-V :jl*Y- mM |q77
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 .Ix3wR9
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 [b3!H{b#
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 :]-oo*xP
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 K.)!qkW-%S
 2nB99L{6 |
;tH?E 光栅＃1 r<+C,h;aww
(gBKC]zvz3
 'c s(gc 0 LlQsc{ Ddf YvU%O O-+,
•仅考虑此光栅。 ~wb1sn3
•假设侧壁表现出线性斜率。 fc9;ZX7
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Y_'ERqQ
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 EU?qL j':
I@'[ > t uYUFxm
假设光栅参数： .{1$;K @
•光栅周期：250 nm @YI{ E*?S
•光栅高度：660 nm p&<Ssc
•填充系数：0.75（底部） +vh|m5"7I7
•侧壁角度：±6° S> yi D`v
•n1：1.46 Xsq@E#@S
•n2：2.08 (0$~T} lH
JmI%7bH@ 光栅＃1结果 W>@ti9\t &G P(yj] d 9f7 &
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 \H] |5fp*
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 ) O0Cz n
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 )0"Q
h .a*?Pal@@  ')uYI;h9 TjW!-s?S 光栅＃2 :;k?/KU7
\<LCp;- K
 )(}[ S:`
G ]K1X"W? nQF& ^1n
•同样，只考虑此光栅。 9z7_D_yN2
•假设光栅有一个矩形的形状。 i GW|j>N
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 c+:Zm rP/
假设光栅参数： Ebnb-Lze,
•光栅周期：250 nm xVx s~p1
•光栅高度：490 nm yZleots1
•填充因子：0.5 hY"eGaoF"
•n1：1.46 e+ [*4)Qfy
•n2：2.08 ='7m$,{(Q[ 7H7
Xbi@ 光栅＃2结果 uF7vba$
O=0p}{3l b fxE}>
•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。 }LUvh
•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。 q)q 3p
•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。 }a]`"_i;[
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