摘要 :NJ(QkTZv
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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。
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任务说明 GDgq
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简要介绍衍射效率与偏振理论 l H@hV
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。 +p:#$R)MW
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： T(E$0a)#
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其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 478gl
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如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： #&A)%Qb g
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因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 j~d<n_
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光栅结构参数 ]\ y:AkxhJ
研究了一种矩形光栅结构。 _ <`j?$P
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 )c:i 'L
根据上述参数选择以下光栅参数： =N5~iMorD-
光栅周期：250 nm 06FBI?;|=
填充因子：0.5 XANPI|
光栅高度：200 nm a&3pPfC
材料n_1：熔融石英（来自目录） ' w^Md
材料n_2：二氧化钛（来自目录） =@F1J7
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偏振态分析 3_:J`xX(4
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 \z A G#{
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。 0:Ow$
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。 8cV3VapF
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模拟光栅的偏振态 fO+$`r>9
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： &Ff#E?Y4|
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 j:)"s_
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 r2WW}W
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 gVM&wo |
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Passilly等人更深入的光栅案例。 #b z#&vt$
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。 V&i/3g
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Sm@T/+uG:
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光栅结构参数 jea{BhdUr
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 lr> P/W\
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。 8.9Z0
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。 ;7jszs.6%
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 bi^[ Eh
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光栅#1——参数 8F?6Aq1B
假设侧壁倾斜为线性。 O] T'\6w
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 3#O R fr(
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。
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光栅周期：250 nm k[ {h$
光栅高度：660 nm =UGyZV:z5
填充因子：0.75（底部） rD"$,-h
侧壁角度：±6° 2pKkg>/ S
n_1：1.46 Bu[sSoA
n_2：2.08 avJ%J"j8z
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光栅#1——结果 b0QC91
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 %\i
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与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Q L 0
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光栅#2——参数 Pv- i.
假设光栅为矩形。 /2%6 46
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 w"A.*8Iu
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ~ AqFLv/%
光栅周期：250 nm AQx:}PO
光栅高度：490 nm oGtz*AP%
填充因子：0.5 e}xx4mYo
n_1：1.46 /0.m|Th'm
n_2：2.08 {WYJQKs 8
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光栅#2——结果 HLlp+;CF><
这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 `>i8$q%
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。 I34|<3t$
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