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摘要 l1RlYl5 wAz,vq=x 光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 az
bUc4M ^[TOZ XL`:  z7q%,yw3N 概述 R Kk" B; c=eMw jt%WPkY:
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 Sip_~]hM
•为此，如示意图所示，在示例性二元光栅结构和锥形入射处研究零级反射光。 e7|d=[kW
•为了在特定示例中讨论该主题，在第二部分中根据Passilly等人的工作（2008年）选择光栅配置和相应参数。 Ar5JP_M`E
}AAbhr9d}
 )"~=7)~<^ 4K #^dJnC
衍射级次的效率和偏振 Y[,U_GX/R 8;.` {'r !F, s"
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 P^;WB*V
•该效率值包括该特定级次的所有光的能量，但并不区分最终出现的不同偏振状态。 k>-'AWH^v
•在严格模拟光栅效率的过程中，例如利用傅里叶模态法，通过使用复数场求解均匀介质的波动方程（也称为亥姆霍兹方程）。 UP*yeT,P,
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 H nK/A0j M
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 cJV!> 0ua
 d!!3"{' ,s8&# 1rJ- 光栅结构参数 .lG +a!) d-i&k(M 1Kc{#+a^
•此处探讨的是矩形光栅结构。 4sQ~&@[Q+
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 i*b4uHn a
•因此，选择以下光栅参数： +}Auk|>Dc
- 光栅周期：250 nm y|LXDq4Wj
- 填充系数：0.5 ?e2Y`0
- 光栅高度：200 nm KK .cDAR
- 材料n1：熔融石英 C }bPv +t
- 材料n2：TiO2（来自目录） n('VQ0b
a6 * Y%?  5I_hh?N4Z fl!1AKSn@N 偏振状态分析 roL]v\tr Z%A<#% u a! D-0
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 @US '{hO1p
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 tUn&z?7bF
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 v@]6<e$
uk1v7# p
 ^$6bs64FSm w 7Pe 产生的极化状态 #C'o'%!( ^>t-v
 v3 !by N^  }$w4SpR
S/) 其他例子 U 8U/?zW/& uk`d,xF VQ/ <09e
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 WJBW: 2=;
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 b^@`uDb6
1h& )I%`?  GF 9ZL av7q>NEZ!1 光栅结构参数 l6 yB_ M ?% _]rr9 38OIFT
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 *yL|}
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 t
Qp* '
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 /0 X0#+kn
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 44g`=o@
 XtnIK aEV|>K=6Y' 光栅＃1 vK[ v
eFH
Ma
n^\gkCi
 qT& S -zkW\O[ G}Q}H*
•仅考虑此光栅。 v GulM<YY
•假设侧壁表现出线性斜率。 \5j22L9S
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 oC ^z_At Z
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 7r:nMPX
QYFN:XZ +5N^TnBtBL
假设光栅参数： S" I#>^
•光栅周期：250 nm ])3lH%4-
•光栅高度：660 nm 'Y,+D`&i)
•填充系数：0.75（底部） tr#)iZ\
•侧壁角度：±6° 9RbGa
Y&
•n1：1.46 rPrEEW S0)
•n2：2.08 i2`.#YJ&v
;+aDjO 2( 光栅＃1结果 Y9\]3Kno W]C_oh A`+(VzZgJ
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 <S:,`v&Z
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 D 0,om l
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 Cf WK6 > #! K~ _DL  &km d< 61t- 光栅＃2 * wQZ '
=1uj1.h
 >G w%r1)
*NX*/(Q )%nt61P\W
•同样，只考虑此光栅。 C {H'
•假设光栅有一个矩形的形状。 4Tbi%vF{
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 s\n,Z?m
假设光栅参数： T3 B |r<>I
•光栅周期：250 nm z}Mb4{d1
•光栅高度：490 nm V2<k0@y
•填充因子：0.5 ta+"lM7A}$
•n1：1.46 #o}{cXX#
•n2：2.08 PN)TX~} cfO^C C 光栅＃2结果 UJyiRP:#]>
A~ %g " 3n=O8Fp
•同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 Jso Wa D
•相比之下，这两张图再次表现出非常好的匹配，尤其是图的轨迹。 ` Q!FMv6Y^
•与参考相比，光栅结构的简化以及缺少一些光栅参数会导致一些小的偏差。 }f0^9(
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