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摘要 ypCarvQT
l(o#N'!j4 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。 K,!"5W rX* n#{z"G
 O% 1X[ \c"{V-#o\ 任务说明 mHm"QBa! 3kTOWIX  ewOd
=% tp6-j`7u 简要介绍衍射效率与偏振理论 W[+=_B 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_h=O1W 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： M<4tjVQ6  p~n62( 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。 D 7 D:?VoR 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： (?G?9M#7_  zNZ"PYh<u 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 。 tX<.
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光栅结构参数 F8c^M</ 研究了一种矩形光栅结构。 ;;A8TcE
' 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 :o)4Y 根据上述参数选择以下光栅参数： Y-0o>:SM 光栅周期：250 nm _a~uIGN 填充因子：0.5 p41TSALq 光栅高度：200 nm 'b? P x} 材料n_1：熔融石英（来自目录） h{J=Rq 材料n_2：二氧化钛（来自目录） ,#NH]T`c1 0R#T 3K}  c" | 4'#S ai3wSUYJi 偏振态分析 9r5<A!1#L 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 d 0b`qk @4 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。 3M?vK(zG>P 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。 zqDG#}3f^ Yv!r>\#0S  da'7*
&/ x#-+// 模拟光栅的偏振态 T6P9Icv?@7
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 SR+<v=i ls^| j%$J 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： -W#-m'Lvu 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 q1|! oQ 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 uT#MVv~ . 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 8 [z<gxP`? OdZLJt?g Passilly等人更深入的光栅案例。 Po~ u-5 Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ;RmL' 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 q=_&izmE'7
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 }'"4q "K!9^!4& 光栅结构参数 /+11`B09 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 -F]0Py8( 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 O%$XgEJ8p 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。 z v Dg1p 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 wva| TZ
 _olhCLIR- Ot^<:\< `G 光栅#1——参数 4X()D {uR 假设侧壁倾斜为线性。 , :10 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 uT X0lu ; 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 m^9[k,;K 光栅周期：250 nm "G(^v?x:P 光栅高度：660 nm `:4\RcTb/ 填充因子：0.75（底部） ? >\JX 侧壁角度：±6° "F$0NYb]I n_1：1.46 -UhSy>m n_2：2.08 No '^] r
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 09r0Rb SviGLv;oR 光栅#1——结果 hPM:=@ N$ 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 =L UDg7P 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。 /.Fvl;!J; K<3$>/|
 x c[BQ|P= Xyf7sHQ 光栅#2——参数 W,g0n=2 V 假设光栅为矩形。 7p !w(N?s 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 FTA[O.tiG 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 s-- \<v 光栅周期：250 nm <f')] 光栅高度：490 nm 4;_<CB 填充因子：0.5 2". ^Ma^D! n_1：1.46 6pKb!JJ n_2：2.08 PN +<C7/ QIcg4\d%s  _kJ?mTk M<s Y_<z 光栅#2——结果 Y X BU9T{r 这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 Za&.sg3RG 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 (t{m(;/ s* XwU  l$:.bwX XO
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