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摘要 :(S/$^ U
tx|"v|&e2 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。 "ojD f3@{ !5'
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 DoCQFSL 4?*"7t3 任务说明 79c 9 + MSYLkQ}_b  $U"P+ +hKPOFa' 简要介绍衍射效率与偏振理论 e G*s1uQl 某个衍射级次（𝑛）的效率表示有多少的辐射功率被衍射到这个特定的级次中。它是由复数值瑞利系数计算出来的，瑞利系数包含了每个衍射级次（矢量）电磁场的全部信息。瑞利系数本身是由FMM对光栅的特征值问题进行严格分析的结果。 <76=H]h~ 如果在TE/TM坐标系(CS)中给出瑞利系数，则可以计算衍射效率：
:[X }.]"  ;t@ 3Go 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 7 , &]1+n 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： 5f^`4 pT  :;hBq4h 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 I}g|n0o 4~pO>6P
光栅结构参数 %f3Nm l 研究了一种矩形光栅结构。 ]a%\Q 2[c 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 g)r ,q&* 根据上述参数选择以下光栅参数： 9T0wdK] 光栅周期：250 nm +G =C~X 填充因子：0.5 hc p'+: 光栅高度：200 nm dPdHY&#` 材料n_1：熔融石英（来自目录） RAx]Sp
Q-S 材料n_2：二氧化钛（来自目录） loqS?b C ] 1r-,V X7  I` n1M+=% ;KjMZ(Iil1 偏振态分析 ywsz" /=@ 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 i7w}`vs 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 UXdC<(vK 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 raI~ BIfe ?'$.
-z:  B=RKi\K6a bM3'm$34 模拟光栅的偏振态 0,D9\ E bd
B& f~.UH
 EpoQV ^ Ey '?!<I 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： {D2d({7 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 C` 1\ $U~% 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 h|/*yTuN.y 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ;uo|4?E:\( [r<
Y0|l,m Passilly等人更深入的光栅案例。 Hd@T8 D*A 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。 r'JK $9 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 b!tZ bX #
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 [?r\b +VI0 oo {Z 光栅结构参数 RkXLE"G ' 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Z(`K6`K M 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 P 9H Pr2 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 N|# x9 mE 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 =VI`CBQ/Um
 ^~k FC/tQ [`n yq ) 光栅#1——参数 vH\n L>r 假设侧壁倾斜为线性。 9lwo /(s 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 HBkQ`T 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 sAAIyPJts 光栅周期：250 nm g8@i_ 光栅高度：660 nm g=' 2~c 填充因子：0.75（底部） WRyv
>Y 侧壁角度：±6° KB-#):' n_1：1.46 =|t1eSzc n_2：2.08 Vblf6 qaBs
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m 光栅#1——结果 [8g\pPQ 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ZFw 743G 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 Y O4ppL~xe KE1@z]
 9 u89P +?eAaC7s 光栅#2——参数 j
W]c9 u 假设光栅为矩形。 :z5I bas: 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 4 6JP1 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 W$ {sD|d- 光栅周期：250 nm e/I{N0SR 光栅高度：490 nm pv.),Iv-68 填充因子：0.5 ! Dn1 pjxc n_1：1.46 Z
s!q#qM n_2：2.08 Gi_X+os ;Cpm3a t  g}`CdVQ2M< )n61IqrW 光栅#2——结果 \FX3=WW 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。 B
~bU7.Cd 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。 Ppn ZlGQ6 ag4^y&  'n`$c{N<tM
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