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摘要 /~LXY< -( <}E ^r_NvD 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。 ] _/d x\Y%/C[Kc  QS~;C&1Hl 概述 a* pZcv< ItTIU a9E!2o+,
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 )6?.; B
•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。 m\lSBy6
•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。 k "P2J}4eO
9 @ yP ;{Q
 _e.b #{=9 ~EU[?
衍射级次的效率和偏振 tH:K6^oR 8j,_ kC R)k=*
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 { /BEO=8q2
•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。 bH 41#B
•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）。 >5Zp x8W
•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。 K)qbd~<\
•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。 a{ h(BI^~
 K.2M=Q &F}1\6{fL 光栅结构参数 Ar sMqb Yi[dS`,d l\^q7cXG
•此处探讨的是矩形光栅结构。 Q ;P ~'
•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。 Kfj*uzKB
•因此，选择以下光栅参数： AEwb'
- 光栅周期：250 nm h6x+.}}
- 填充系数：0.5 e>t9\vN#bx
- 光栅高度：200 nm 04;y%~,}U/
- 材料n1：熔融石英 $EJ*x$
- 材料n2：TiO2（来自目录） !9" R4~4
1#qCD ["8  .bl0w"c^qq ](0 Vm_es 偏振状态分析 P&aH6*p1 =D xJt7J1 )
Q=G&
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 ^ TWN_(-@
•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。 Wsz='@XvB
•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。 fnnwe2aso
1|w,Z+/
 l``1^&K ):78 GVp 产生的极化状态 YLd
5 N0RFPEQ~
 %,,h )9  na']{a 1K
z% /ww7H 其他例子 @@|E1 'c7 *gz {:}NX SA>;]6)` (
•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。 !P Gow
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 iL 4SL}P
xYu~}kMu  QrA8 KSLC (+]k{ 光栅结构参数 )N=b<%WD )Elr8XLw Rg[e~##
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 cn\& ;5 5v
•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。 ^/n[5@6H
•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。 gy =`c MS@
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 .;KupQ;*
 ,t+ATaOF '*, 4F' 光栅＃1 3Xh&l[.
k13/yiv
 <Ab:yD`K! 6$6NVq :s'%IGy>:
•仅考虑此光栅。 #8z\i 2I
•假设侧壁表现出线性斜率。 wO!hVm,T a
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 &yA<R::o
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 oM7^h 3R
}"&(sY Q*` mW-@-5Wda
假设光栅参数： _5 m }g!
•光栅周期：250 nm xY'g7<})$
•光栅高度：660 nm % 9D@W*Z
•填充系数：0.75（底部） n#&RY%#`
•侧壁角度：±6° f<;9q?0V F
•n1：1.46 `2fuV]FW
•n2：2.08 ^n2w6U0
ppnj.tLz;r 光栅＃1结果 %@&)t?/= 1 I+5 }[DAk~
•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。 ;&!dD6N
•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。 OXacI~C
•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。 y*(YZ zF \fKE~61  8Cqs@<r4Od 4B y-+C* 光栅＃2 0/gcSW
b
I coL/7k3
 OWjZ)f/
/<
:; ^B `/AzX *`
•同样，只考虑此光栅。 &r d(q'Vi
•假设光栅有一个矩形的形状。 @ubz?5
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 #CS>A# Lk
假设光栅参数： xK r,XZu
•光栅周期：250 nm Ww(_EW
•光栅高度：490 nm IID(mmy6
L
•填充因子：0.5 2$o[
•n1：1.46 0hkuBQb\
•n2：2.08 , 0uz"}v)
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