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摘要 e Fz$h2*B
dE,E,tv 光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 2H9hN4 N !|4]V}JQ
 S5>ztK.e _4Eq_w` 任务说明 \a;xJzc9 oZY|o 0/9  Q<V1`e 8o|C43Q_ 简要介绍衍射效率与偏振理论 }1 qQ7}v 某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 > uYQt ~s 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率： cb )7$S  L1!~T+ %uQ 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 |A*4Fuc& 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： v^o`+~i  &K'*67h 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 --l
UEo ~ \w1XOm [)
光栅结构参数 ? eX$Wc{ 研究了一种矩形光栅结构。 zC)JOykI% 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 rMIX{K)'f 根据上述参数选择以下光栅参数： 9;{(.K 光栅周期：250 nm &\6},JN 填充因子：0.5 AzJ;E tR 光栅高度：200 nm &)Qq%\EP4 材料n_1：熔融石英（来自目录） BrSvkce 材料n_2：二氧化钛（来自目录） e'$[PF dcmf~+T  g4,ldr"D M-h+'G 偏振态分析 m0^ "fMV 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 T<Xw[PEnP 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 $[`rY D/. 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 -DHzBq=H #3_g8ni5X  M.y!J
b3>zdS]Q 模拟光栅的偏振态 l+2NA4s
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 )N- '~<N ,|yscp8 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： z 0+ JMZ/ 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 )_C>hWvo_ 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 SN{A@dyt 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 cOdRb=?9 uZL,%pF3A Passilly等人更深入的光栅案例。 ,_YI:xie|c Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。
G-1qxK 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 5L2j, ]
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 lbt8S.fx ]s5e[iS 光栅结构参数 6|q"lS*$S 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 J/Y9 X , 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ,sc#l<v 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 ?K pDEH~\ 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 d m"R0>
 AKjobA# T'7>4 MT( 光栅#1——参数 p 2l@6\m\ 假设侧壁倾斜为线性。 (Q ||5 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 %fS1g Sf h 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 <7ANXHuSW 光栅周期：250 nm r1IvA^X 光栅高度：660 nm z6M5 '$\y 填充因子：0.75（底部） 7Z:HwZ 侧壁角度：±6° FLQke"6i0: n_1：1.46 ]aMDx>OE n_2：2.08 -a_qZ7
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 JE:LA+ ( r]xN&Ne5Q 光栅#1——结果 xzY/$? 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 -eV*I >G 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Ygg+=@].@ mB0 `>?#i
 " w V c%,ky$'18 光栅#2——参数 9:RV5Dt 假设光栅为矩形。 kb~
s, @p 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 YY tVp_) 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 2l V`UIa 光栅周期：250 nm
AX+]Z$ 光栅高度：490 nm ]6v7iuvI 填充因子：0.5 J_ &cI%. n_1：1.46 Z-CA9&4Uh n_2：2.08 t OnOzD * wqR .n?  T7ShE-X '.pGkXyQ 光栅#2——结果 |QbCFihn 这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 })@xWU6! 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 t4 ; gY298 j l 7>  ^=-25% &^
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