摘要 AhZ
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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。 WD1$"}R
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任务说明 KT?s\w
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简要介绍衍射效率与偏振理论 +~AI (h
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 qUg4-Z4
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： *\+ 'tFT6
AUpC HG7
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 JKbB,
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： Mo=-P2)>lt
9!C?2*>A P
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 5gEWLLDp
2|o$ eq3t
光栅结构参数 s*WfRY*=V
研究了一种矩形光栅结构。 |*a>6y
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 k/Ro74f=
根据上述参数选择以下光栅参数： }
~b OP^'
光栅周期：250 nm {vlh ,0~
填充因子：0.5 ' .<"jZ
光栅高度：200 nm iB_j*mX]
材料n_1：熔融石英（来自目录） i kiy>W8
材料n_2：二氧化钛（来自目录） ,i. P= o
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fX|,s2-FW
sVnu Sm
偏振态分析 oOz6Er[KO
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 +rX,Sl`/
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。 FZ/&[;E!
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。 Vs{sB*:
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模拟光栅的偏振态 }y /t~f+
*?'T8yf^
\H(,'w7H
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： B!a nY} /U
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 ?[">%^
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 RwKN
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ;_t on?bF
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Passilly等人更深入的光栅案例。 de=T7,G#
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。 ii s cm\
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 S3f BZIPp
t|lv6-Hy9
WG n1pW
Y8(yOVy9
光栅结构参数 F6/b q/s
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 4|thDb)]
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。 | <$O5b'
由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 &aOOG8l
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 &jcr7{cD
f*Bc`+ G
w@We,FUJN
光栅#1——参数 Y._AzJ&B[
假设侧壁倾斜为线性。 /2q%'"x(
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 N~(}?'y9S
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 UHWun I S
光栅周期：250 nm +L6$Xm5DAv
光栅高度：660 nm $Izk]o;X~
填充因子：0.75（底部） E~ kmU{D
侧壁角度：±6° [R $4n-$
n_1：1.46 5KzU&!Zh9
n_2：2.08 ovp>"VuC
F(r &:3!97
Pmb`05\
J/Li{xp)Lg
光栅#1——结果 JAK*HA
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ,D1QJPM
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。 "+AD+D
"c x" d:
+zvK/Fj2q
s0SB!-Vjm
光栅#2——参数 <:w7^m
假设光栅为矩形。 rxA<\h,A
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Aj_}B.
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 !=pemLvH
光栅周期：250 nm j#,O,\
光栅高度：490 nm :gXj( $
填充因子：0.5 9 w 1)Mf}
n_1：1.46 E_P]f%
n_2：2.08
.1;?#t]ZV
81&!!qhfS
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光栅#2——结果 n~Ix8|S h
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。 %?seX+ne
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。 &IPT$= u
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