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摘要 0g'MF S
rczwxWK 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。 'r'+$ D7 Sc14F
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 q"0 _Px9P 6DVHJ+WTV 任务说明 ,8[R0wsBaz +OaBA>Jh9  Ve\.7s ^]k=*>{
R 简要介绍衍射效率与偏振理论 Ex<@: 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。 Yij_'0 vZ 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： ;iA$yw:  Ug#EAV<m 其中，n_in/n_out为覆盖层和衬底层的折射率，ϑ_in/ϑ_out为所分析的阶次的入射角和衍射角。此外，𝐴表示辐射光的振幅。 )0o|u > 如果瑞利系数沿𝑥、𝑦和𝑧给出瑞利系数，则必须应用以下方程： |U`A So  @rE+H
5 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 O:j=L{,d^ 7*eIs2aY
光栅结构参数 ("s!t?!&YS 研究了一种矩形光栅结构。 nmw#4yHYy: 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 AzMX~cd 根据上述参数选择以下光栅参数： ^tL]QE?| 光栅周期：250 nm '
-td/w 填充因子：0.5 t vp kc; 光栅高度：200 nm af_b G; 材料n_1：熔融石英（来自目录） " lA8CA 材料n_2：二氧化钛（来自目录）
Iu ve~ugO i4<n# ]1!t  kS62]v] b"(bT6XO! 偏振态分析 LIRL`xU7 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 PTpGZ2FZ 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 H,(4a2zx 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 ._p^0U xT N&G; `  3oC ^"723 Q"k #eEA 模拟光栅的偏振态 ob K6GG?ZE
NchEay;`
 a?X #G/) r)gtx!b x 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： COL_c<\ 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 ~>u u1[ / 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 JqK-vvI 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 snVeOe#'S 5XZ\7Z| Passilly等人更深入的光栅案例。 `L
@`l Passilly等人的工作研究并优化了亚波长光栅下衍射光谱的偏振态，以获得不同状态之间的高度转换。 ^ux"< ? 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 `; Xwv)
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 'ALe>\WO s x) x7 光栅结构参数 @rlL'|&X* 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 {^@qfkZz^ 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 .~%,eF;l$ 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。 |#5_VEG 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 J';XAB }
 $uUJV% EX }4_c~)9Q 光栅#1——参数 (!koz'f 假设侧壁倾斜为线性。 +~?K@n 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 78O5$?b;# 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 {%8=q J3@ 光栅周期：250 nm VMW< ?V
2Z 光栅高度：660 nm QD^"cPC)mM 填充因子：0.75（底部） +||[H)qym 侧壁角度：±6° ]Czq
A c n_1：1.46 e:(~=9}Li n_2：2.08 @, SN8K0T
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 EK}QjY[i i; 3qMBVY~ 光栅#1——结果 6gD|QC~; 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 fqZ+CzH 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。 &$. x1$% Ffr6P
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 aR0v qRF Yd$64d7,h 光栅#2——参数 ~f[91m!+ 假设光栅为矩形。 \?NT,t=3J 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 l( ?Yx 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 OuU ]A[r 光栅周期：250 nm Z q> }SR 光栅高度：490 nm ppPzI, 填充因子：0.5 6| {uZN z n_1：1.46 g# <M/qn n_2：2.08 "6P- 0CJ 2O)2#N  V r<ypyC 2s8(r8 AI 光栅#2——结果 C 6wlRvWn 这两幅图对比之下再次显示出非常好的匹配度，特别是图表的趋势。 TkV$h(#!f& 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。 Ia>> b #h :Qklbd[9qF  s`"ALn8m
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