摘要 Jg&f.
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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。 0,cU^HMA
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任务说明 I#(?xHx
S O` b+B
M dnapxuS
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简要介绍衍射效率与偏振理论 1,n \Osd
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。 ~ T=a]V
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： V|2[>\Cv
& <(&u`S
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。 %y+v0.aWH+
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： Q^'xVS_.
mW3 IR3 b
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。 .sZ"|j9m
1/=6s5vS}
光栅结构参数 Jb|dpu/e
研究了一种矩形光栅结构。 5_rx$avm
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 k4J Tc2b
根据上述参数选择以下光栅参数：
C5TC@ w1*
光栅周期：250 nm LoO"d'{
填充因子：0.5 ,H] S-uK~
光栅高度：200 nm &8JK^zQq
材料n_1：熔融石英（来自目录） T9YrB
材料n_2：二氧化钛（来自目录） 5[` f( ;
FY,)iZ}Pq
=pb ru=/
C)&BtiUN/
偏振态分析 K*to my
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ZkF6AF
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。 !dwa. lZ&X
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。 5~RR
_G
wd2z=^S~
r rs0|=
` dgZ `#
模拟光栅的偏振态 'On%p|s)H
\[]4rXZN0
% 3<7HY]~
}u;`k'J@
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： q]Af I(
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 tf>"fU\P
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 ( $,qxPOn
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 $g
}aH(vf
[$`%v e
Passilly等人更深入的光栅案例。 n}8}:3"
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。 qy/t<2'
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 dlioa Yc
O-n JuZJgX
= F46v{la
OgCz[QXr_
光栅结构参数 (JT
273
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 AK &=/ [U>
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。 UYhxgPGsj
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。 FlT5R*m
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ?DKY;:dZF
C/ q!!
tcJN` N
光栅#1——参数 m-<m[ 49
假设侧壁倾斜为线性。 `ix&j8E22w
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 !9_'_8
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 2u(G:cR
光栅周期：250 nm a[E}o<{
光栅高度：660 nm di3 7
填充因子：0.75（底部） E^m;Ab=
侧壁角度：±6° L fZF
n_1：1.46 @ e l
n_2：2.08 4-oaq'//BT
8;x0U`}Ez(
wQ81wfr1:
\%&eDE 0
光栅#1——结果 N{uVh ; _
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 m {r#o?
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。 ?$VkMu$2k
- 0P9|;h5
v4F+^0?
upGLZ#
光栅#2——参数 ^95njE`>t`
假设光栅为矩形。 =X7_!vSv
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 -L!lJ
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 8k;il54#
光栅周期：250 nm k `J|]99Wb
光栅高度：490 nm 6i%X f i
填充因子：0.5 e/ }4Pt
n_1：1.46 9T 0g%&
n_2：2.08 \r"gqv)^
zpZfsn!
~yJJ00%
~7m +N)5
光栅#2——结果 \J;_%-Z
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。 9+3 VK
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。 IL`=r6 \
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