摘要 A&VG~r $
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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。 S c0w.5m6
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任务说明 ;TYBx24vD'
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简要介绍衍射效率与偏振理论 #e"[^_C@!
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。 5O% {{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： aUp
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A"]YM'.
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。 Psf#c:*_)
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： @C$]//;
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因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 -f .,tM=
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光栅结构参数 K0~rN.C!0
研究了一种矩形光栅结构。 Hs8>anVo[
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 j%kncGS
根据上述参数选择以下光栅参数： Nb\4 /;#
光栅周期：250 nm 8tL~FiHb"
填充因子：0.5 By |4 m
光栅高度：200 nm Xvu(vA
材料n_1：熔融石英（来自目录） 3`g^
材料n_2：二氧化钛（来自目录） *@5 @,=d
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偏振态分析 4x34u}l
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 4s- ! 7
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 e6*8K@LHB
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 dPlV>IM$z
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模拟光栅的偏振态 79gT+~z
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： [n@]
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在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 01]f2.5
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 )A6<c%d =x
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 6 P3*Z
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Passilly等人更深入的光栅案例。 i1UsIT
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。 l?e. 9o2-
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 7!1S)dup
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光栅结构参数 Nn6%9PX_)
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 -?\D \\+t
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。 J.a]K[ci
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。 sJZ iI}Xc
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 V~GDPJ+
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光栅#1——参数 "oyo#-5z
假设侧壁倾斜为线性。 /ZX }Nc g
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 hN_]6,<\
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 OUnA;_
光栅周期：250 nm 4W75T2q#
光栅高度：660 nm - "x$ZnHU
填充因子：0.75（底部） _ q"Gix
侧壁角度：±6° F ,kZU$
n_1：1.46 U{mYTN*:j$
n_2：2.08 !
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@7 }W=HB
光栅#1——结果 PCA4k.,T
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 mpyt5 #f
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。 h[ ZN+M
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光栅#2——参数 (Ld i|jL
假设光栅为矩形。 kZ~~/?B
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 i b m4fa
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 rv;3~'V
光栅周期：250 nm S:}7q2:
光栅高度：490 nm 4H/OBR
填充因子：0.5 _1^'(5f$
n_1：1.46 f);FoVa6
n_2：2.08 Ri'n
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光栅#2——结果 9WHddDA
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。 hTkyz
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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。 {g6%(X\r.r
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