摘要 Pg!;o=
{ M
$V`KrA~]
光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 -13P 2<i+
VJ~X#Q
*` @XKK
=j'J
!M
任务说明 [H6X2yjj|
*G2)@ 0
{
? 6yF{!F*
Wx']tFn"
简要介绍衍射效率与偏振理论 NB!'u)
lFD
某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 7- *( a
如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： a>&;K@
a in#_H
其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 [*Aqy76Qa
如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 1sIy*z
#Lhj0M;a
因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为。 H|rX$P
avHD'zU}N
光栅结构参数 uFm(R/V
研究了一种矩形光栅结构。 zA kc 67:
为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 E1U 4v&P
根据上述参数选择以下光栅参数： Tdk2436=
光栅周期：250 nm KG4#BY&^
填充因子：0.5 =ELDJt
光栅高度：200 nm 2$SofG6D}
材料n_1：熔融石英（来自目录） 2 0Cie
q
材料n_2：二氧化钛（来自目录） Q}=W>|aE.
lgv-)5|O+H
%ojR?=O N
(. @p4q Q-
偏振态分析 9rpg1 0/T
现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ) $l9xx[
如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 HX /GLnY/X
为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 < y\
Z#z
OUI Ugej
(g iTp@Tp
s>*Q
模拟光栅的偏振态 1{hoO<CJ
3x(MvW30Lg
T je o*n ^
#pDGaqeX
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： -hU>1ux&V
在圆锥入射角为0（𝜑=0）时，。这说明衍射光是完全偏振的。 *1o+o$hY2
对于𝜑=22°，。此时，67%的光是TM偏振的。 D_
Bx>G9
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 cAKoPU> U
TsFdy{/o*
Passilly等人更深入的光栅案例。 NrI 5uC7
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。 @
(u?=x;
因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 Ddm76LS
4U! .UNi
zV_-rf
v]`A _)[
光栅结构参数 |peMr#
在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 HgSmAziv
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。 U>p lv
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。 ;Xd\$)n
但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。
i_E#cU
Kt4\&l-De
C)KtM YA,
光栅#1——参数 TOPPa?=vk
假设侧壁倾斜为线性。 A9qO2kq7_
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4Mt qQq4%
为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 rlO%%Qn`
光栅周期：250 nm !6tC[W`
光栅高度：660 nm i9EMi_%
填充因子：0.75（底部） `6BS-AVO7
侧壁角度：±6° "$E!_
n_1：1.46 ev: !,}]w
n_2：2.08 @DQ"vFj6<
/c$Ht
q@M jeGs%
MVeQ5c (
光栅#1——结果 "< .
这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 I>8 @=V~
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。 \'LC C-
oRbYna?J
@Y&9S)xcE
H;t8(-F@'
光栅#2——参数 6U>jU[/
假设光栅为矩形。 J_wz'eIb0
忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 18/@:u{
矩形光栅足以表示这种光栅结构。 7 6i
rb!-
光栅周期：250 nm 2gD{Fgf@N
光栅高度：490 nm wM4g1H%s
填充因子：0.5 ;&^"q{m
n_1：1.46 _6-/S!7Y\
n_2：2.08 : D+ SY
qnfRN'
^Lfn3.M
+ $a:X
光栅#2——结果 UWWD8~:
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。 5G ] #yb74
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。 FTYLMQ
i
wpdE I(
