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摘要 z+IBy+
tQ=P.14>: 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。 gE$D#PZa ^ Q]I)U
 *@`Sx' 5! #!= "b8F 任务说明 )Y.H*ca 7.Df2_ )  /
i[F wWjZXsOd 简要介绍衍射效率与偏振理论 [?z`XY_- 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。 r'!L}^n 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： o9I=zAGjy  OolYQU1_ 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。 SVKjhZK 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： )5n*4 A  /BEE.`6yI5 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 。 3%gn:.9N GH ] c
光栅结构参数 r6_g/7.- 研究了一种矩形光栅结构。 FI|jsO 3 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 PM ]|S` 根据上述参数选择以下光栅参数： w)}' {]P"c 光栅周期：250 nm BM aw]D 填充因子：0.5 8SH&b8k<< 光栅高度：200 nm JmlMfMpXMs 材料n_1：熔融石英（来自目录） t!^ j0 q 材料n_2：二氧化钛（来自目录） @`" U D =+>c TV  f_\,H|zco) p1}umDb% 偏振态分析 n{'LF #4l 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 ,j3Yvn W 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。 $W} YXLFj? 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 05
56#U&> GnT Cq_\  Z'hHXSXM 3 UXaA; 模拟光栅的偏振态 dV/ ^@[
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 Xg <R+o nC6 ;:uM 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： xlKg0 &D 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 ~;)H |R5kV 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 fX:=_ c 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 ) h0
3sv I= '6>+P Passilly等人更深入的光栅案例。 *WzvPl$e 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。 bX*>Zm 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 X0FTD':f
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 k[ZkVwx BQ o$c~ 光栅结构参数 f3;.+hJ]) 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 W)~}o<a)[ 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 A
WS[e$Mt2 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。 5Z]]xR[ 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Ns2<wl-
 ' lWgHmE {e]ktj#+{ 光栅#1——参数 +H**VdM6s 假设侧壁倾斜为线性。 k`(Cwp{Oc 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 r)]8zK4;= 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 |#i|BVnoE 光栅周期：250 nm n.l7V<1 光栅高度：660 nm tX.fbL@ T 填充因子：0.75（底部） Bb C aIt 侧壁角度：±6° H$M{thW n_1：1.46 4Pv Pp{Y n_2：2.08 d_] sV 4[
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E7F} l>D!@`><I 光栅#1——结果 ee M$c` Y< 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 is6M{K3 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。 Of gmJ(% ^| r6>b
 8 ?4/ a<C J#B2K 光栅#2——参数 QLLMSa+! \ 假设光栅为矩形。 1e)5D& njS 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 s`dwE*~ 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 /D~MHO{ 光栅周期：250 nm W*WSjuFr2 光栅高度：490 nm 8#h~J>u . 填充因子：0.5 BenUyv1d n_1：1.46 8{B]_:
-: n_2：2.08 W6&mXJ^3L T`W37fz0  qA>C<NL \N a 光栅#2——结果 XGcl9FaO} 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。 I7]qTS[vg 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。 2]'cj njGZ#{"eC  Vg^,Ky,
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