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摘要 6(<~1{
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[ y=$2 光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 >;' 1k' wJ eqa
 lc$@Jjg9 *p#YK| 任务说明 C!/8e
(!N $ Op/5j  /4-eoTxy v4k=NH+w 简要介绍衍射效率与偏振理论 Y%?!AmER 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。 4}_w4@( 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： .k:&&sAz  *l?%
o{ 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。 9
<kkzy 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： zk 'e 6  RY/ Z~] 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 。 TNPGw! RoM*Qjw
光栅结构参数 u, SX`6% 研究了一种矩形光栅结构。 +zdq+<9X 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 <T_Nlar^^ 根据上述参数选择以下光栅参数： A_q3p\b 光栅周期：250 nm f?<M3P 填充因子：0.5 Bzy=@]` 光栅高度：200 nm q!oZ; $ 材料n_1：熔融石英（来自目录） f+*2K^B 材料n_2：二氧化钛（来自目录） 2,e|,N"zN K{w=qJBM  _2 !e !Z F=T.*-oS3 偏振态分析 NMY!-Kv 5 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 J%[N- 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。 0!'M#'m 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。 <ZvPtW ! RUo:b+  fUWm7>6VA> l'{goy f 模拟光栅的偏振态 FivaCNA
4!s k3Cw{
 C<=p"pWw <sFf'W_3{ 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 6C51:XQO 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 "N / K * 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 ~ V-
o{IA 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 .6/p4OR| CY).I`aJ Passilly等人更深入的光栅案例。 BHE =Zo 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。 awW\$Q 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 +4p ;4/=
J&Qy $itqg
 BH*]OXW\ #<>E+r + 光栅结构参数 L8K 3&[l% 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 %mv x }xV 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。 !9cP NIi 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。 m1;
<T@ 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 ^yZSCrPGI
 d@4=XSj z'K7J'(R 光栅#1——参数 td$6:) 假设侧壁倾斜为线性。 Q)X\VQcgj 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 %t|2GIu 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 &ziB#(&:H 光栅周期：250 nm *ik)>c_ 光栅高度：660 nm
F%$Ws>l 填充因子：0.75（底部） p;Ok.cXVp 侧壁角度：±6° `l0icf y n_1：1.46 7IW7'klkvD n_2：2.08 CMjPp`rA
4qR Q,g{$T
 EMH}VigR = |zLr" 光栅#1——结果 ^n5QK H D 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 iZ;jn 8 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。 \/%Q PE8 F+-MafN7Y
 n ,%^R F+^[8zK^ 光栅#2——参数 1L9
<1 假设光栅为矩形。 fb=vO U 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ArKrsI#H- 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ~;a* Oxt 光栅周期：250 nm \aRB 光栅高度：490 nm 6UP3Ij 填充因子：0.5 3VgH* vAU} n_1：1.46 Ps,w(k{d n_2：2.08 fkG"72 95A 7c Qw?C  |EU08b]P29 }E_zW.{! 光栅#2——结果 8u23@? 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。 lsxii-#O 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。 IiU|@f~k $>`8'I  TQfY%GKg(
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