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摘要 9m_Hm')VG
z4c{W~} ` 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。 kA<58 ,! 'd=B{ 7k@
 L [ 7Aa"R @{UtS2L 任务说明 rM(2RI4O`0 k:kx=K5=4  #s^~'2^%4 `zOQ*Y& 简要介绍衍射效率与偏振理论 c27A)`
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。 q:ZF6o`Z83 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： 2= xjg K  Qa=v }d-O 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。 >`c-Fqk 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： '0>w_ge4  +&hd3 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 。 (Puag* %,G0)t
光栅结构参数 {kgV3 [%> 研究了一种矩形光栅结构。 F2RU7o'f. 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 3 ]}wZY0 根据上述参数选择以下光栅参数： $17utJ 58 光栅周期：250 nm P mgTTI 填充因子：0.5 x*uQBNf= 光栅高度：200 nm Y5Jrkr)k 材料n_1：熔融石英（来自目录） \> *B 材料n_2：二氧化钛（来自目录） n[p W^&7x aI :G(C?jm  YYUWBnf30G U (cV#@Y 偏振态分析 w qLY
\ 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 VdV18-ea 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 =tE7XC3X_ 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 yb:Xjg7
B'Ll\<mq@  u*J,3o}
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*CtO Q 模拟光栅的偏振态 Cj x(Z]
0]3 #3 TH
 E c^x jNa'l<dn] 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： >F~]r$G 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 {@c)!% 2$ 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 g~JN"ap 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ,f;YJHEx8 n2$(MDdL` Passilly等人更深入的光栅案例。 S~mpXH@ Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 pO.+hy 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 9$pQ|e0tJ
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P A #sK:q&/G` 光栅结构参数 L`Lro:E?kL 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ,dM}B- 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。 .6m%/-whS 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。 D`2c61jyc 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 pPNU0]/
 ivKhzU+ GDgq
4vfj 光栅#1——参数 :eIu<_,} 假设侧壁倾斜为线性。 !z7j.u`Y 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 n .{Ud\| 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 /K{` gc 光栅周期：250 nm mgk<PY 光栅高度：660 nm 7n,*3;I 填充因子：0.75（底部） O|o pNr 侧壁角度：±6° [nO\Q3c|@$ n_1：1.46 *-gd k9 n_2：2.08 `J%iFm/5*
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 tp-PE ? Uk=-A
@q 光栅#1——结果 -^i[ 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 Ps@a@d"83 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。 )zzK\I6/EQ l0^~0xlED
 y my/`% Lb2bzZbhx 光栅#2——参数 p,h DZea 假设光栅为矩形。 ,U\F <$O 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 DM3W99PWA 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 D\}A{I92F4 光栅周期：250 nm |#p`mc%f~\ 光栅高度：490 nm `@$qy&AJ 填充因子：0.5 Flrpk `4 n_1：1.46 7$8YBcZ6 n_2：2.08 Cy'0O>v5 2E
Ufd\  1Y2]jz4 8.S&J6 光栅#2——结果 K'6dlwn). 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。 E>t5/^c)*w 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。 !Nu ~4 Rq V* O}Am  -Ris Z-n*
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