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摘要 jOZ>^5}
JOyM#g9-? 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。 loUZD=Ph 1Se2@WR'
 iLN O}EUL bI8')a 任务说明 _o&NbD H V P(JV  %vbov}R jI~$iDdOfs 简要介绍衍射效率与偏振理论 z\YLO%M m 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。 5Rp mR 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： }"[/BT5t  QcX&q%*0 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。 U G 4I @@= 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： n4.\}% =z  "LH3Z PD 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 。 ru|*xNXKgC VxE;tJ>1
光栅结构参数 GC_c.|'6[ 研究了一种矩形光栅结构。 Pa"Kk9!o36 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 CZ>Ujw=&k 根据上述参数选择以下光栅参数： ]W5p\(1g 光栅周期：250 nm c4zGQoeH: 填充因子：0.5 uX%$3k 光栅高度：200 nm I9x kqj 材料n_1：熔融石英（来自目录） /. H(& 材料n_2：二氧化钛（来自目录） <U8w# dc
bDD29  m -0EcA/ Tl#2w= 偏振态分析 bfYVA2=Z 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 d%K{JkD- 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 `fl$ o6S/ 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。 tKds|0,j| Z$%!H7w  Ul3xeu / %iS\R%ca 模拟光栅的偏振态 /2MZH
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 5 0a';!H s'OK])>` 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： jy_4W !4a 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 b5ul|p 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 BqDsf5}jpA 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Z?WVSJUVf M#Q"h5l Passilly等人更深入的光栅案例。 NiQ Y3Nj Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 <9T,J" y 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 d[nz0LI|mk
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 )*Wz5x #%L_wJB- 光栅结构参数 hegH^IN M 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 "xn,' `a 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 _;:_ !` 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 s,l*=< 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 m\E=I5*/
 KC%& or "z= ~7g 光栅#1——参数 j8]M}Q$ 假设侧壁倾斜为线性。 D - O{/ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 OMd:#cWsQ 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 "KSdC8MS 光栅周期：250 nm s6#e?5J 光栅高度：660 nm Sz]1`%_H/ 填充因子：0.75（底部） zU!d(ge.E
侧壁角度：±6° :nfy=*M# n_1：1.46 J)|I/8!# n_2：2.08 hS>=p O+y
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 C~'.3Q 6 73_-7'^mQ 光栅#1——结果 @;KvUR/+FE 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 s
OLjT34 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"Z1K5>2L ePxAZg$ `>
 }o\} qu* N9M",(WTt} 光栅#2——参数 rFUd 假设光栅为矩形。 $ BG]is,&5 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 :bL^S1et 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 wF59g38[z$ 光栅周期：250 nm =h+-1zp{M^ 光栅高度：490 nm m Ph=bG 填充因子：0.5 ,]y_[]636 n_1：1.46 /zr)9LQY0 n_2：2.08 0}|%pm Y` 3df5
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whl'"k %*V r}@BA) 光栅#2——结果 CkNh3'<wg 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。 k Ll VbY=EX7
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