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摘要 yp]vDm zBI2cB8;P 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。 kN<;*j HV :O,,fJ<x.O  b -`P- 概述 a]V#mF |{ H^B,b !5i (u8OTq@
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 &2y9J2aA
•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。 , { "K^
•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。 k|]l2zlT
YuoErP=P
 Bd>ATc+580 6>)KiigZ\
衍射级次的效率和偏振 S. _h->5f \ X6y".|- . Xxxz
Wyk
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 C ]zgV bu
•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。 Pa; *%7
•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）。 _{B2z[G}
•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。 9)b{U2&
•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。 h_Er$ZT64
 ](z tb) =AHV{V~ 光栅结构参数 Ra~:O\Z 'r^' wv] ``Um$i~e%
•此处探讨的是矩形光栅结构。 Z
+<Y.*6
•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。 03
v\v9<T
•因此，选择以下光栅参数： (d
<pxx
- 光栅周期：250 nm z;0]T=g
- 填充系数：0.5 &t@ $]m(
- 光栅高度：200 nm hL;??h,!_
- 材料n1：熔融石英 A }"uEk(R
- 材料n2：TiO2（来自目录） ri9n.-xs
uxq#q1  t!ZFpMv]n ,b+Hy`t 偏振状态分析 `AdHyE ,*p(q/kJh~ zzKU s "u
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 }u5 J<*:bZ
•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。 YWq{?'AaR
•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。 +hT9V1'-D
(ubK
i[)
 ."q8 YaW 0wETv 产生的极化状态 O#U_mgfzJ mvtuV`
 LGCeYX ic  twT Rw:.!f
jm |zn 其他例子 7nPm{=B G Lh gs|*M ;Y &2G'
•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。 C4C!-12
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 q kyYt#4E
eR8>5:V_  c$3ZEe
]<O - 光栅结构参数 l}Vg;"1'J #+3I$ k SR \$ fmo
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 U09@pne8
•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。 `udZ =S"/L
•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?p8)Q6m
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 3j$,x(ua9
 v\COl* 1]jUiX=T 光栅＃1 z;i4F. p
'8Lc}-M4
 M$LzV}k ;W#/;C
_h i0&] Ig|;
•仅考虑此光栅。 'P)[=+O ?t
•假设侧壁表现出线性斜率。 > qIZ
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 P~*v}A
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 u]Y NF[]
q T_E=)1 C}mWX7<Z.
假设光栅参数： x1*@PiO,.
•光栅周期：250 nm 04<T2)QgK
•光栅高度：660 nm "LH* T
•填充系数：0.75（底部） u&Dd9kMz
•侧壁角度：±6° GUK3`}!%
•n1：1.46 vR\[I V?
•n2：2.08 s((_^yf
A,#hYi=-, 光栅＃1结果 i0~L[v9l< QJ-?6 7_i ('px X+
•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。 gbRdng7(}
•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。 t]%! vXo
•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。 Aonq;} V e V.274e  q&wXs /$a RJI*ZNb A 光栅＃2 OL"So
u4
@A dJu-u
 ,s1n! @9
%4E7 Tu,1 tlF c+3
•同样，只考虑此光栅。 MRHkQE+K@8
•假设光栅有一个矩形的形状。 M+TF0c
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 P X<,/6g z
假设光栅参数： eL!G, W
•光栅周期：250 nm W(tXq
•光栅高度：490 nm Iq[,)$
•填充因子：0.5 #8d$%F))
•n1：1.46 .el_pg
•n2：2.08 KhV;
/>( oYN# T=Xi
光栅＃2结果 {N,w5!cP
T {lJ[M Fw5r\J87c
•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。 M Pd#C*c
•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。 d|sI> 6jD
•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。 CQ3{'"b
@]h#T4z'
 #B)`dA0a 文件信息 G:rM_q9\u
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 $mOK|=tI_ yx }Z:t
Ic/<jFZXM QQ：2987619807 K~WwV8c9 ;
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