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摘要 j twe9
OjK+`D_C 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。 7V"Jfh4_ vtq47 i
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n K48 QkZ_gY 任务说明 fh&Q(:ZU f/Q/[2t  jVSU]LU E p0pA| 简要介绍衍射效率与偏振理论 FCChB7c` 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。 -)e(Qt#ewl 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： 9hhYyqGsO  ~tB9kLFG 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。 NDG?X s [2 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： "g1 Fg.o  sv#/ 78 ~| 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"%;Ln |3gWH4M4**
光栅结构参数 s~I# K[[5 研究了一种矩形光栅结构。 x'
3kH w 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 3 e|,Z'4}4 根据上述参数选择以下光栅参数： : (4];V a 光栅周期：250 nm rTeADu_vf 填充因子：0.5 w)}@svv" 光栅高度：200 nm ~0 L:c&V 材料n_1：熔融石英（来自目录） ;!<@Fm9W 材料n_2：二氧化钛（来自目录） C +-sf ]iaQD _'\  ;{" uG>#R LhKUZX,P8 偏振态分析 4Gsq)i17j 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 (FOJHjtkM 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。 h6e,w$IL 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 sV`XJ9e| 1 <wolTf  m8&XW2S o q cu< ] 模拟光栅的偏振态 >fgV!o4
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 %? z;'Y7D L%f$ & 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： \3cg\Q+~ 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 &- ZRS/_d> 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 Z
DnAzAR 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 -V}ZbXJD ,jMV
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Passilly等人更深入的光栅案例。 &0J/V>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。 :$oi P 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 &3Mps[u:h
Mm#=d?YUHJ
 q<A,S8'm _P{v=`]Eu 光栅结构参数 DZX4c 2J 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 CIf""gL9 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 \J^xpR_ 0u 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 %l) ~C% T 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 z';h5GNd>z
 J i:0J} ,m '8fh(` 光栅#1——参数 +F6R@@rWr 假设侧壁倾斜为线性。 8j!(*'J. 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 x`p3I*_HT5 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 l, 1.6
光栅周期：250 nm PX,fg5s\b 光栅高度：660 nm edh<L/%D 填充因子：0.75（底部） u2Qs}FX 侧壁角度：±6° )h K1W\5 n_1：1.46 ~sc@49p n_2：2.08 OTwXc*2u ]
ij 1g2^],4
 0d= <^wLi^ R$VeD1 n@ 光栅#1——结果 WWWfQ_u2 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 {,i='!WIm 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。 v7-
d+P= .t9zF-jk
 = DXvt5G QjwCY=PK! 光栅#2——参数 6c&OR2HGqO 假设光栅为矩形。 &SK=ZOKg^ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 j~rarR@NB) 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 >eaK@u-'0 光栅周期：250 nm <2R xyoDL6 光栅高度：490 nm U*em)/9 填充因子：0.5 1oIu~f{` n_1：1.46 {1`n^ j(> n_2：2.08 + )K yG We*c_;@<  ?GK m_b]JC q9"~sC H 光栅#2——结果 $ ~*d. 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。 ]j?Kn$nv*S 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。 #n} n
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