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摘要 n6s[q- td
y9)Rl)7-: 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。 yUp"%_ t0 M|uWSG
 \?rBtD( ]J>{ZL 任务说明 ,T\) % q }KCb5_MDF  K"U[OZC` BP`'1Ns 简要介绍衍射效率与偏振理论 8^|lsB}x? 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。 m03]SF(#3 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： }E]& ,[4&M  a 2\r^fY/ 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。 Ed=]RR 4R 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： ~k[q:$ T  mDJN)CX 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 。 #> @~3kGg : r,o-D
光栅结构参数 F F7 研究了一种矩形光栅结构。 Dhy@!EOS 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 yCLDJ%8 根据上述参数选择以下光栅参数： t;e+WZkV 光栅周期：250 nm `oUuAL 填充因子：0.5 H| i39XV 光栅高度：200 nm q=(.N>% 材料n_1：熔融石英（来自目录） :*MqYny& 材料n_2：二氧化钛（来自目录） B>"O~ gZ{# 7 G <v<&  p!]$!qHO ( $ X%'je 偏振态分析 ui$JQ _P 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 K aGG4?=V 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 ,Kw]V %xOb 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 a2tRmil EA+}Rf6}  v;m}<3@' /<W K2G 模拟光栅的偏振态 I"1H]@"=
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 }u aRS9d drc]" 6 k 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： cun&'JOH?U 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 l[D5JnWxt 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 C_~hX G 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 v Ol<
5o&no RIIr Passilly等人更深入的光栅案例。 4$^\s5 K 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。 8vL2<VT; 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 .3QX*]{
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 ;@R=CQ6 eumpNF%$ 光栅结构参数 {+V]saYP 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 bXw!fYm& 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。 YAoGVey 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。 +4Uxq{.K 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 $V0G[!4
 BD (Y =g g* & |Eq/ 光栅#1——参数 7\?0d! 假设侧壁倾斜为线性。 fd<a%nSD 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 jLZ^EM- 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 L~u@n 24 光栅周期：250 nm #rkz:ir4 光栅高度：660 nm X5hamkM*m 填充因子：0.75（底部） D%+cf 侧壁角度：±6° +Kz baBK n_1：1.46 { #,eD n_2：2.08 8 o SNnT
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 $yA>j (k4 ?"o 7x[ 光栅#1——结果 (&) PlIi7 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 &*4C{N 与参考文献相比，仿真中光栅结构进行了简化，存在一些小的偏差。由于缺乏关于实际的更详细的光栅结构的数据，这种简化是必要的。 =5v=<, ] LW$(;-rY
 5@kNvi <V~B8C!) 光栅#2——参数 @g{FNXY$ m 假设光栅为矩形。 |v6kZ0B< 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 H`:2J8 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 z{ N~AaY 光栅周期：250 nm P,}cH;w6Ck 光栅高度：490 nm +=:*[JEK,U 填充因子：0.5 lI<Q= gd n_1：1.46 ,_N+t:*#0 n_2：2.08 /YLHg5n8+ +' lj\_n  \@} G'7{ R'udC} 光栅#2——结果 -*<4 hFb 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。 }^@Q9<P^E 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。 )#H&lH ? +q(,P@*  y$R r,]L
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