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摘要 _zzT[}
*M$mAy< 光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 \}%_FnP0ZU (/Jy9 =~
 D=Nt 0y Q@8(e&{#W 任务说明 Pa#Jwo :4x6dYNU  F_i"v5# G$)tp ^%] 简要介绍衍射效率与偏振理论 e>6W ^ ) 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。 9V~hz (^ 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： 6xY6EC  d>T8V(Bb 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。 eu8a< 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： `sy_'`i>X  /?0|hi<_$ 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 。 B.smQt >|gXE>
光栅结构参数 O*lIZ ,!n 研究了一种矩形光栅结构。 b|G~0[g 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 N H :Bdl3 根据上述参数选择以下光栅参数： { .0I!oWv 光栅周期：250 nm +fKV /tSWi 填充因子：0.5 f}KV4'n 光栅高度：200 nm KY0<N 9{ 材料n_1：熔融石英（来自目录） XMykUr e | 材料n_2：二氧化钛（来自目录） A>315!d" ;4 9sou  ydRS\l ;j[gE
偏振态分析 .wTb/ x 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 xRO9o3 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。 T, Q7 YI 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。 K6)IBV; ;% i-:<ac  a+CJ J3T- ;PqC *iz 模拟光栅的偏振态 %&lwp
1K)9fMr]
 .QA1'_ 9 =h?%<2t9< 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Eh|6{LDn! 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 sFvYCRw
/ 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 O*N:.|dUw 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 EM1HwapD Sj*W|n\gj Passilly等人更深入的光栅案例。 "4T36 b 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。 F9(jx#J~t 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 `K[r5;QFKf
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 Oml / ;p s ya!VF]` 光栅结构参数 ^JY:$)4[" 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 @Jlsx0i}} 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 &|Rww\ oJ 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 .m%5Esx 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 J-G)mvkv
 L$ ^ew0C %kH,Rl\g 光栅#1——参数 ; <6S\ 假设侧壁倾斜为线性。 {A%&D^o) 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 0C"2?etMx 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 P!)F1U]!
光栅周期：250 nm n$>_2v 光栅高度：660 nm ADP3N ic 填充因子：0.75（底部） } s#4 m 侧壁角度：±6° d7x6r3J$ n_1：1.46 31M'71s
n_2：2.08 :9q|<[Y^
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 j xq89x !w KNYe 光栅#1——结果 ~H[_= 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ]D^; Ca 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。 v0;dk( RaymSh
 Pp4Q)2X ;qUd]c9oi 光栅#2——参数 CHL5@gg@>y 假设光栅为矩形。 O -p^S 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 .\)ek[? 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 cA]PZ*]{BN 光栅周期：250 nm QYAt)Ik9q 光栅高度：490 nm [s%uE+``S 填充因子：0.5 u)/i$N n_1：1.46 Q( Pc n_2：2.08 A9Pq}3U 3cNr~`7  N p.<&`p! Z %SDN"+'g 光栅#2——结果 Cs,t:ajP 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。 3#F"UG2 ,_ 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。 [W dxMU wNh\pWA  $UdFm8&
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