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摘要 s8O.yL
xY_<D+ OV 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。 T> < Vw JkfVsmc<{h
 ~ k(4eRq /7`fg0A 任务说明 j Z6]G{ DT x!# [  U Z*Yt Q:v9 C ^7 简要介绍衍射效率与偏振理论 tMy<MO)Ei 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。 \c1NIuJR 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： 2SABu796j  =c P7 "\ 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。 iHYvH
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： Id(wY$C&>  Sd9%tO9mf 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 。 pBR9)T\ n r.~^h^c]
光栅结构参数 fR^aFT 研究了一种矩形光栅结构。 bP+b~!3 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 =Rw-@ *#l 根据上述参数选择以下光栅参数： {hR M=f7 光栅周期：250 nm ZC!GKW P2 填充因子：0.5 $~G=Hcl9 光栅高度：200 nm f3E%0cg 材料n_1：熔融石英（来自目录） ,su C`)R 材料n_2：二氧化钛（来自目录） _=g;K+%fb Q >QES-.l  ;,& $ob*/ 'P`L?/_3 偏振态分析 BKJ wM'~ 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 gX'nFGqud 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 C)H1<Br7 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ^1}Y=! & -~HyzX\cZB  VNggDKS~K QRw/d}8l 模拟光栅的偏振态 WF&?OHf2
7j//x Tr}a
 }
N$soaUs ]!mC5Ea 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ?c7}
v 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 ;Q{~jT 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 nyRQ/.3 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ==^9_a^ =)O%5<Lwx Passilly等人更深入的光栅案例。 N5%Cwl6i 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。 2 $ @N4 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 C%LXGM t
wVMR&R <t
 F-&=N {+ pf%B 光栅结构参数 w 1q` 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 fEgwQ-] 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。 3mCf>qj73 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。 q2U8]V U) 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 = VFPZ
 ] l@Mo7|w mu/GOEZ5 光栅#1——参数 QGkMT +A 假设侧壁倾斜为线性。 +T,Yf/^Fn 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Q"V S;uh.v 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 EsK.g/d 光栅周期：250 nm by0@G"AE+ 光栅高度：660 nm ?ZS /`P0}[ 填充因子：0.75（底部） DX\|*:, 侧壁角度：±6° %fH&UFby n_1：1.46 Zk .V
n_2：2.08 +jifbf-
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 B J,D1E Uif uRmn 光栅#1——结果 $bd ti D 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 k __MYb 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 }s>.Fh 7{fOo%(7
 J 6%CF2 ]@G$ L,3 光栅#2——参数 ^h^\kW' # 假设光栅为矩形。 )o [Jxu' 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 D& C83^m 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 wSGW_{;- 光栅周期：250 nm ( t%+Z"j 光栅高度：490 nm b>_eD- 填充因子：0.5 E,EpzB$_dj n_1：1.46 |OarE 2 n_2：2.08 K H&o`U(} o
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W%  Q}(D^rGP3 H-ewO8@ 光栅#2——结果 YuV g/ '= 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。 Of?3|I3 l 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。 N |nZf5{ \]$TBN
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