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摘要 j<-YK4.t e-YMFJtoK} 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。 9Z. W R-} z 5IdYF?  =.6JvX<d1* 概述 e/y\P&"eI Y2P%0 ck#MpQ!An
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 aF:|MTC(~
•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。 u|M_O5^
•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。 Nr0}*8#j
; +R
 wT^Q O^. HpR(DG)
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衍射级次的效率和偏振
bj B4 8G| kKpX >jg"y
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 Et+W LQ6)
•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。 O" ,*N
•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）。 | Fp+9U
•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。 o_on/{qz
•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。 l5CFm8%
 _Rm1-,3 j#YPo 光栅结构参数 cP`[/5R NVq3h\[X I?Ct@yxhF'
•此处探讨的是矩形光栅结构。 }(Dt,F`
•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。 RP ~ hi%A
•因此，选择以下光栅参数： s(s hgI 3g
- 光栅周期：250 nm FR? \H"'x
- 填充系数：0.5 p2uZ*sY(D
- 光栅高度：200 nm 0 iTh |K0
- 材料n1：熔融石英 >}6V=r3[+
- 材料n2：TiO2（来自目录） 1_6oM/?'
/m(v5v7(  h!q_''*; .%T.sQ 偏振状态分析 8$V:+ u ><3!J+<? rJ)8KY>
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 T~- OC0
•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。 $I:&5 o i
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 U@<]>.$
acdF5ch@
 vOi4$I~CJ CKr5 L 产生的极化状态 E7>D:BQ\2 /O&{fo
 k{- #2Qz  n(?BZ'&!O
Uy5G,! 其他例子 & _ W~d0 IJ#+"(?7,u v2; ' F
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 RA$q{$arb
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 Z [?zaQ$
w-wap  w c- q=Ct 光栅结构参数 % +0V0. \:D"#s%x o*
C_9M
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 =@ y
?Np^A
•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。 #[ ?E,
•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。 1X PYI
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 4"~l^yK
 9U]j @*QN W}a CU ~ 光栅＃1 K0C3s
E2u9>m4_J
 "#G`F ?` T-A\A= E) z=85;_p
•仅考虑此光栅。 $i]G'fj
•假设侧壁表现出线性斜率。 .-4]FGg3
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 }C!g x6
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 / lDei}
< tto8Y
j ~>B`T%=H
假设光栅参数： g#b9xTG J^
•光栅周期：250 nm 0I['UL^!F
•光栅高度：660 nm ?'RB'o~
•填充系数：0.75（底部） o9]i
{e>L
•侧壁角度：±6° }BI|M_q.1~
•n1：1.46 /_qW?LKG/
•n2：2.08 V[2}
0S2/ ,[-u+ 光栅＃1结果 Q:U>nm>xA yZQcxg% XJ e}^k
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 Z]08gH
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 Fxv5kho
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 2Og<e| i !;9A6D  <rxtdI"3 ve^gzE$<I 光栅＃2 \wF- [' ]N
X.+ |o@G
 }inV)QQ
IxaF *4JG K $I`&M(
•同样，只考虑此光栅。 y}1Pc*
•假设光栅有一个矩形的形状。 Y49&EQ
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 +t%1FkI\
假设光栅参数：
3 # "!Hg
•光栅周期：250 nm )kD B*(?
•光栅高度：490 nm -G(#,rXk
•填充因子：0.5 1YN w=
•n1：1.46 (0E<Fz
V
•n2：2.08 U^8S@#1Q otX/sg.B* 光栅＃2结果 ZI.Czzx\=
+ w/B3 b Y_)xytJ$
•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。 P^AI*tH"m
•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。 28qlp>U
•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。 ;Z); k`j
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