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摘要 Ie^l~ Gb
KG@8Rt HsQ 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。 9cg U T@a 2%> FR4a
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-i 任务说明 : jx4{V KgG4*<  zVD:#d% b nie % eC&U 简要介绍衍射效率与偏振理论 ]d`VT)~vje 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。 bfO=;S]b! 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： mt`.6Xz~  s r}E +qf 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。 Q^I\cAIB 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： L(o15 
9a kH 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 。 U3kyra j .G^YqJ 4
光栅结构参数 + )?J#g 研究了一种矩形光栅结构。 ?}7p"3j'z 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 0Qd:`HF[ 根据上述参数选择以下光栅参数： �{x7, 光栅周期：250 nm gJhiGYx 填充因子：0.5 a: S - 光栅高度：200 nm 6 r_)sHf 材料n_1：熔融石英（来自目录） aoTP [Bp 材料n_2：二氧化钛（来自目录） _~pbqa,
" Jr-J#gg  ^t"'rD-I uGt -l4 偏振态分析 QM]YJr3r E 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 T )})
pt!V 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。 y==CT Y@ 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+ \~5 j7c3(*Pl  i LAscb O~QB!<Q+ 模拟光栅的偏振态 s@DLt+ O5
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BB'OCN M[u A@ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： E P+J
N 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 *#Wdc O `- 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 W m3X[?V 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 d/Q%Ie EL. y Wya&|D9 Passilly等人更深入的光栅案例。 r9lR|\Ax2U 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。 3Y~>qGQwh 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 '7@R7w!E4H
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^I)N. 5 光栅结构参数 qv* ^fiT 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 mQ=#nk$~g 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。 $\! 7 {6a 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。 RGU\h[ 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 'ah[(F<*@e
 eIo7F m ^KELKv, _ 光栅#1——参数 Ow077v ? 假设侧壁倾斜为线性。 42{:G8 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 /SrAW`;" 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 f`/x"@~H5 光栅周期：250 nm !YJs]_Wr 光栅高度：660 nm p"Z-6m~ 填充因子：0.75（底部） yOg+iFTr 侧壁角度：±6° @gtQQxf" n_1：1.46 $pudoAO n_2：2.08 0AV c
e,5C8Q`Z
 U3:j'Su4H? #!m.!?
O 光栅#1——结果 'Qo*y %{@5 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 B~du-Z22IZ 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 -Vhw^T1iV 0C*7 K?/
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J Sg$wi8 光栅#2——参数
*cnNu T 假设光栅为矩形。 0P(!j_2m 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Yir
[!{ 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 v 6Vcjm 光栅周期：250 nm H $KTo/ 光栅高度：490 nm
gRT00 填充因子：0.5 LYg-
.~<I n_1：1.46 )tnh4WMh} n_2：2.08 A nvRxb.e \_6/vZ%-B  Zoc0!84<z 50C 光栅#2——结果 UEVG0qF 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。 - FlzEZ 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。 14'45 :<#nTh_@\'  O s.4 )
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