摘要 #u]_7/(</`
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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。 c+G :@%
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任务说明 [gg 7Z|Hu
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简要介绍衍射效率与偏振理论 8d*<Aki?;
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。 Al-%j- j@-
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： ^VL UZ
Kt&$Si
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。 =LeVJGF
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： 9r vxp;
,h)T (
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。 DoPF/m}
Xy(SzJ %
光栅结构参数 5l7L@Ey
研究了一种矩形光栅结构。 Xk9r"RmiOb
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 \ ]e w@C
根据上述参数选择以下光栅参数： kl{OO%jZ
光栅周期：250 nm `b' |FKc]
填充因子：0.5 d_?Zr`:
光栅高度：200 nm & b^*N5<Z
材料n_1：熔融石英（来自目录） 3S2p:\]
材料n_2：二氧化钛（来自目录） R.WsC bU
D 5wR?O
)V =K#MCK
C9; X 6
偏振态分析 -L'` d
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 Z=5}17kA
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。 CR8r|+(8
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。 Gy Xs{*
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EvardUB)
模拟光栅的偏振态 Y`_X@Q
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： PC(iqL8r
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 `]I5WTt*X
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 NCpn^m)Q}
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 9h0,L/;\
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Passilly等人更深入的光栅案例。 0-; P&m!!
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。 dcTM02kEh
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 [^BUhm3a
# yRA. ;
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光栅结构参数 &Or= _5Y`
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 , ( kXF:
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。 7a_n\]t465
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。 fy-Z{
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 v.&*z48
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8 q[WfD
光栅#1——参数 F?AfB[PM
假设侧壁倾斜为线性。 6f9<&dCK
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 \kGtYkctZ
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 Hh=::Bi
光栅周期：250 nm EKJ4_ kkjM
光栅高度：660 nm yzzre>F
填充因子：0.75（底部） |a: VpM
侧壁角度：±6° ^* v{ t?u
n_1：1.46 |}.B!vg(4
n_2：2.08 .wOLi Ms
6i=wAkn_J
c'TLD!^hB
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光栅#1——结果 W$&Ets8z o
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 jY6=+9 Jz5
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。 e>9{36~jh
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光栅#2——参数 BQ)43R r>
假设光栅为矩形。 n|2-bRK-
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 5!{g6=(
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 aT1 W] i
光栅周期：250 nm `mTxtuid{
光栅高度：490 nm yk6UuI^/
填充因子：0.5 r>@/XYK&\
n_1：1.46 6U3@-+lF
n_2：2.08 uy\+#:44d
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光栅#2——结果 S.>9tV2Ca
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。 KTJ $#1q
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。 q)i(wEdUZ
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