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摘要 E#2k|TpH4 F/ od,w9_ 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。 3
cW"VrFy9 :k )<1ua  dbUZGn~ 概述 )< a 8a@ X@AkA9'fq eW*ae;-
•本文的主题是光在周期性微结构处的衍射后的偏振态。 ;{q) |GRF
•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。 )(!Z90@
•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。 .f<VmUca
. yfqS|(
 )>M@hIV5> Ce' 2lo
衍射级次的效率和偏振 m3xj5]# ^$ ~W *j^+T" l
75{J xZX
•通常，为了表征光栅的性能，给出了传播级次的效率（η）。 #M^Yh?~%w
•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+^e E6h
•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）。 %3+hz $E
•因此，对于每个衍射级次（𝑛）和偏振态，算法的结果以复数值瑞利系数给出。 2d;xAX ]
•特定级次（𝑛）的效率表示入射光的功率与输出衍射级的光功率之间的关系。它是从瑞利系数计算出来的。 Cb g#Yz~ /
 D:vUy* {i}Q}Og Yq 光栅结构参数 g#%FY1xp L8tLW09
<d&)|W
•此处探讨的是矩形光栅结构。 8Pdn w/W
•为简单起见，选择光栅的配置，仅使反射中的零级次（R0）传播光线。 g7z9i[
•因此，选择以下光栅参数： ^t
ldm7{_
- 光栅周期：250 nm ftH%, /,
- 填充系数：0.5 "sx& 8H"
- 光栅高度：200 nm , Y8X"~{A
- 材料n1：熔融石英 5YH
mp7c-z
- 材料n2：TiO2（来自目录） LLY;IUK!R
*#^1rKGWK  Ry S{@=si (4f9wrK 偏振状态分析 / lM~K: Ib8{+j "jc)N46
•使用不同锥形入射角（φ）的TE偏振光照射光栅。 s K/"
•如上所述，瑞利系数的平方幅值将提供有关特定级次的偏振状态信息。 D=s c41]
•为了得到瑞利系数，请在光栅级次分析器中选中单个级次输出，并选择所需的系数。 _";pk _
}~'Wz*Gm
 + vSE} .) ;:K 产生的极化状态 A y[L{!)2{ T|2%b*/
 U* :'/.  9:w,@P he
LhRe?U\ 其他例子 I8]NY !'cW .%Q Ea_\ %ys}Q!gR
•为了不同状态之间接收高转换，在Passilly等人的工作中，研究和优化了在亚波长光栅处衍射光的偏振态。 pDq_nx9
•因此他们将模拟结果与制造样品的测量数据进行了比较。 y+af UJT
} z-  +M&S 7O^ S.( 光栅结构参数 T5_Cu9>ax iX6jvnJ:/ VDY1F_Fk
•在引用的工作中，研究了两种不同的制造光栅结构。 a`iAA1HJ
•由于应用的制造方法引起的，与所需的二元形状相比，结构表现出一些偏差：基板的蚀刻不足和光栅脊的形状偏离。 I'b]s~u
•由于缺少有关制造结构的细节，因此在VirtualLab中的模拟，我们进行了简化。 .{Oq)^!ot
•当然，如果数据可用，详细分析光栅的复杂形状亦是可能。 :Ia &,;Gc
 XqH<)B
] Z x%@wH~ 光栅＃1 #e>MNc
'z
`3oP^ #
 hP<qK Vy Vdk+1AX }?kO<)d
•仅考虑此光栅。 f.^w/ GJO/
•假设侧壁表现出线性斜率。 H5 hUY'O
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 %pQ o% <d
•为了实现光栅脊的梯形形状，应用了倾斜的光栅介质。 gjLgeyyWC
@0'|Uygn vGT.(:\-,
假设光栅参数： >{Z=cv/6o
•光栅周期：250 nm p;=(-4\V}
•光栅高度：660 nm 9' h^59
•填充系数：0.75（底部） Asu"# sd
•侧壁角度：±6° hAyPaS #
•n1：1.46 <t37DnCg I
•n2：2.08 }h6z&:qA[?
dwMwd@*j 光栅＃1结果 \hN2w]e t&]Mt 7 :q1r2&ne
•左图显示的是使用VirtualLab获得的结果，而Passilly等人发表的结果如右图所示。 CHI( \DXNs
•相比之下，这两张图都表现出非常好的相似性，尤其是图的轨迹。 0 %+k>(@ R
•与参考相比，光栅结构的简化导致了一些小的偏差。 由于缺少复杂光栅结构的数据，因此简化是必要的。 R,1 ,4XT hj,x~^cS  eCd?.e0@j e*s{/ a?, 光栅＃2 I0RWdOK8K
dxWw %_Q
 /Ql}jSKi
L{p-'V l:f
sZO4
•同样，只考虑此光栅。 3v U (4}@
•假设光栅有一个矩形的形状。 Q 4q#/z
•蚀刻不足的部分基板被忽略了。 Zh^w)}(W
假设光栅参数： `Cxe`w4
•光栅周期：250 nm hhhO+D1(
•光栅高度：490 nm 'DQyB`V2y
•填充因子：0.5 Y\sjm]_
•n1：1.46 a"0~_=
•n2：2.08 *Fws]y2t~ 063;D + 光栅＃2结果 I r~X#$Upc
KL4/"$l] 1[^d8!U
•同样，左边的图显示了使用VirtualLab获得的结果，由Passilly等人发表的结果如右图所示。 GNOC5 E$I
•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。 N<99K!
•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。 vE(Hy&Q&
Dy!fwYPA/{
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