摘要 6 4?Pfir6
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光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 Q6u{@$(/N
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任务说明 FH4u$ g+
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简要介绍衍射效率与偏振理论 P= e4lF.
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 \$j^_C>
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： i[PvDv"n
Jms=YLIAA
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 ;{Xy`{Cg!
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： WPtMds4
Og=[4?Kpk
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 {wcO[bN
J6DnPaw-G
光栅结构参数 Jfb Kf~g
研究了一种矩形光栅结构。 <3lUV 7!
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 p<q]. ^M
根据上述参数选择以下光栅参数： $.wA?`1aSk
光栅周期：250 nm 21 V iHV
填充因子：0.5 {H+? z<BF<
光栅高度：200 nm y86))
材料n_1：熔融石英（来自目录） ("OAPr\2dw
材料n_2：二氧化钛（来自目录） lw s(/a*c
?d4Boe0-a2
o!=WFAi[pX
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偏振态分析 T MqY4;UeL
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 #K|0lau l
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 #\L Z;&T'N
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 3|zgDA
Qo.Uqz.C
o*-9J2V=J
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模拟光栅的偏振态 t-!m
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： e{0L%%2K
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 Z ^*NnL.'
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 Z["BgEJ
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 yc[(lq.^n
@UO}W_0ZD
Passilly等人更深入的光栅案例。 mL$f[
Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 PyFj@n
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 d/]|657u
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光栅结构参数 5}Xv L'
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 };r|}v !~_
由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 'B`#:tX^N
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 &wjB{ %
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 [x5mPjgw
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L,$3Yj
光栅#1——参数 J(e7{aRJ9
假设侧壁倾斜为线性。 B)6#Lp3
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 3$_*N(e
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Xu 6K%]i^
光栅周期：250 nm `|EH[W&y
光栅高度：660 nm B?3juyB`--
填充因子：0.75（底部） Yb 6q ))Y
侧壁角度：±6° kYlg4 .~M
n_1：1.46 n P1GW6Pu
n_2：2.08 . :a<2sp6
#ib ^Kg
J {tVa(.
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光栅#1——结果 9B=1 Yr[
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 C
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与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 [;^,CD|P
^N- 'xy
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qfr Ni1\9-
光栅#2——参数 X;VQEDMPU
假设光栅为矩形。 =9$mbn
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忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 cDeZMs V
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 iSiDSeW8
光栅周期：250 nm /_*>d)
光栅高度：490 nm "hPCQp`Tj
填充因子：0.5 mmP U
n_1：1.46 {/|qjkT&W
n_2：2.08 *_"u)<J
8r^ ~0nm
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光栅#2——结果 m|F:b}0Hb
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 `R+,1"5 =
与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 ,@.EpbB
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