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摘要 "$N 4S9U t3;QF 光栅结构广泛用于光谱仪，近眼显示系统等多种光学系统。VirtualLab Fusion通过应用傅立叶模态法（FMM），以简易的方式提供对任意光栅结构进行严格分析。在光栅工具箱中，可以在堆栈中使用界面或/和介质来配置周期性结构。 用于设置堆栈几何形状的用户界面非常人性化，并且允许生成更复杂的光栅。在该用例中，讨论了由FMM实现衍射级次偏振状态的研究。 k3r<']S^ @z7$ 1pl}  c$R<j'7 概述 txe mu * ,M$ J
yda -n`2>L1
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 (Ei} :6,}
•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。 'Rw*WK
•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。 =1% <
1Et{lrgh
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 Xm[Cgt_? q%8Ck)xz
衍射级次的效率和偏振 # l-/!j 17B` ;2 iDa
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 'V(9ein^Q
•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。 @7OE:& #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）。 $O^U"
•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。 uKd79[1
•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。 -Oc
 n_46;lD c"^g*i2&0 光栅结构参数 khfWU #=aT Sw X P(Q}r 7F~(
•此处探讨的是矩形光栅结构。 =fy'w3m
•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。 F]`_ak E
•因此，选择以下光栅参数： zr[|~ -
- 光栅周期：250 nm $ h8,QPy
- 填充系数：0.5 wxo{ gBq
- 光栅高度：200 nm *aS[^iX?s
- 材料n1：熔融石英 gatxv R7H
- 材料n2：TiO2（来自目录） lsRW.h,
[HSN*LXe  !vH={40 ] (pkq{: Fs 偏振状态分析 .+dego: 2N}h<Yd 9 uy
oEMT#u
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 q;H5S<]/
•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。 Ai.^~#%X
•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。 '=]|"
W3-g]#\?
 rZ^VKO`~I1 4#2iq@s 产生的极化状态
&L4>w.b"N f&L8<AS Fo
 Ts
1  53)*i\9&
: tcqb2p 其他例子 QKtVwsz
+ \4roM1&[
e[*%tx H
•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。 b?%Pa\,!
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 8PwPI%Pb
&U0Y#11Cx  :` 20i* Ur2) ];WZ 光栅结构参数 l\1_v7s ck K9@RQ YTYCv7
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。
o
C#W
•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。 uEcK0 >xp
•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。 *d$r`.9j
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 Eaw tT
 b{hdEb +U*:WKdI? 光栅＃1 G =qT{c 8Q
p 28=l5y+
 >'|Wrz67Z n`2LGc[rP rWD*DmY@"
•仅考虑此光栅。 V"R ,omh
•假设侧壁表现出线性斜率。 YKG }4{T
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 kCZxv "Ts
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 *-.,QpgTX
w>uo-88 vK,.P:n
假设光栅参数： !=rJ~s
F/{
•光栅周期：250 nm (=/ }i'
•光栅高度：660 nm Rq RyZ*n
•填充系数：0.75（底部） > X K |jPK
•侧壁角度：±6° ( t59 SY
•n1：1.46 GP;UuQ z
•n2：2.08 Xwt}WSdF`k
ZIikDi h1 光栅＃1结果 cSWn4-B@l TxXX}6 )w'GnUqWz
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 h ; S?
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 a5@XD_ b
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 +W[NgUrGJ J^)=8cy  `as6IMqJD ^mu Pj M+D 光栅＃2 r>3y87
KB6`OT^b{r
 J\c\Ar :
u:GDM !<W^ Fh
•同样，只考虑此光栅。 SQJ
}$#=
•假设光栅有一个矩形的形状。 {}1KI+s9\
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 , %EGM+
假设光栅参数： 7o4B1YD
•光栅周期：250 nm wH N5 H
•光栅高度：490 nm ]iE) 8X
•填充因子：0.5 p~NFiZ,
•n1：1.46 Lc5I?}:;L
•n2：2.08 w!~85"" ERZWK 光栅＃2结果 Z2^B.r#
^U[yk'!Y $KMxq=
•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。 KG9FR*"
•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。 L+J)
•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。 K6M_b?XekA
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 n06Jg+
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