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摘要 .AHf]X0
47<fg&T 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。 )I&,kH)+ 0Ncx':]5
 9x4%M&<Z9a v *Dz4K# 任务说明 `LroH>_ w^B F.Nu  #Jx6DQGa R%%Uw %` 简要介绍衍射效率与偏振理论 D^m`&asC 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。 '.{tE* 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： w;
rQ\gj  3haR/Y N 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。 ^$>Q6.x?*) 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： e^ Aw%t  q7#4e?1 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 Ka4KsJN u)X] ]6YJ
光栅结构参数 Fy6(N{hql 研究了一种矩形光栅结构。 . 5_zh;
` 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 4` X]$. 根据上述参数选择以下光栅参数： PH1jN?OEwZ 光栅周期：250 nm o&U'zaj 填充因子：0.5 ":I@>t{H* 光栅高度：200 nm [}+h86: y 材料n_1：熔融石英（来自目录） %tK^&rw% 材料n_2：二氧化钛（来自目录） FN+x<VXo( uge~*S  )(/Bw&$ /s~(? =qYH 偏振态分析 4{v ?<x8 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 1#w'<}h#U 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。 XI5TVxo(q 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。 Jc=~BT_G O)FkpZc@9c  .EfGL _ S!Bnz(z 模拟光栅的偏振态 ~[Fh+t(Y
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 }VU7wMk LlF|VR&P. 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： F?c :
).g 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 B] nu \! 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 [QZ8M@Gty# 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 @{ CP18~: i6-&$< Passilly等人更深入的光栅案例。 8iox b`U Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 (?vKe 5 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 0l'"idra
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_W"aQ 光栅结构参数 X[E!q$ag 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 ?y|8bw< 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。 U|jip1\ 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。 Fo;. 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 +\ GuZ 5`
 gk^ `- `P s~b!3l`gu 光栅#1——参数 3bK=Q3N 假设侧壁倾斜为线性。 w :|YO eP 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 1
F+$\fLr 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 X B[C&3I 光栅周期：250 nm 3FQXp 光栅高度：660 nm >U#j\2!Sg 填充因子：0.75（底部） C %QC^,KL 侧壁角度：±6°
o%3VE8- n_1：1.46 q +*>T=k n_2：2.08 ~|R/w%*C
Aw,#oG {N
 dMDSyd <( Rap =& 光栅#1——结果 E>L_$J -A- 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 9oA-Swc[ 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。 &B@qb?UE1
3F\UEpQ
 m'"Ra- ;Ebpf J 光栅#2——参数 [h@MA | 假设光栅为矩形。 r Cn"{.rI 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 lFc4| _c g 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 an`
GY& 光栅周期：250 nm v>' mW 光栅高度：490 nm 1 g1gu=|Q 填充因子：0.5 /e50&]2w n_1：1.46 vy{YGT n_2：2.08 I %#
e\ eSA%:Is.  QMBV" E_aY Ku<_N]9 光栅#2——结果 $-R9J6NN 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?^A+)<" 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。 P#x]3j] I.L8A|nZ  m9li% p
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