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摘要 r])V6 ^U
Y:R*AOx 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。 ka_( 8 4nrn
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 >r3SF3XMq f~10 i D 任务说明 wJZuJ( ox*>H kV  zP&D bd\%K`JQ{ 简要介绍衍射效率与偏振理论 FP'- =zgc 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。 1,(WS
F 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： K3iQ/j~a q  ^
-4~pDv^ 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。 7$*X
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： T#<Q[h=  nb. |^O? 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 。 $XI.`L *g PIAE6,*
光栅结构参数 zI 0d 研究了一种矩形光栅结构。 uBl&{$< 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 & 'CUc/, 根据上述参数选择以下光栅参数： gu G&3{&\s 光栅周期：250 nm )8!*,e=4 填充因子：0.5 JW!.+
Q 光栅高度：200 nm -xG6J.S 材料n_1：熔融石英（来自目录） Eq%f`Qg+1E 材料n_2：二氧化钛（来自目录） wB bC GU d'"|Qg_'  d_Jj&:"l D4\[D8pD 偏振态分析 W4,'?o 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 !TivQB 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。 Gr 4v&Mz: 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。 ):[}NDm C &) jq3  5DDSo0E kno[ !A7_6 模拟光栅的偏振态 4l7
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 q^:VF()d_z 1 _b*j-j 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： Af \ 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 Rx.v/H 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 I J~j(.W 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 xKl1DIN[ $}.+}'7$ Passilly等人更深入的光栅案例。 aL_/2/@X8 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。 ? % [~J 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 jo^c> ur
LP=y$B
 L$ i:~6 c6lCF & 光栅结构参数 aU~?&] 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 5|=J\Lp2I 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。 MI'"Xzp{s 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。 4y#XX[2Wj 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 zP x R=0|
 \+#EO%sN1% b"Q8[k |d 光栅#1——参数 tRpY+s~Fq 假设侧壁倾斜为线性。 ^86M 94k 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 bU}v@Uk 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 J
jm={+ @+ 光栅周期：250 nm 6Iqy"MQuq 光栅高度：660 nm .1q}mw 填充因子：0.75（底部） vc&v+5Y 侧壁角度：±6° EG `6T n_1：1.46 Q #G x o n_2：2.08 8}m J )9<7
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 v2 E <~/| gHp*QL\?9 光栅#1——结果 ZM b+sUK 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 lKw-C [ 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。 PMpq>$6b7 $L 8>Ha}
 [#C6K ' tc0;Ake-& 光栅#2——参数 mf3,V|>[\ 假设光栅为矩形。 IJ&Lk=2E] 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 =aZ d>{Y 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 kqm (D# 光栅周期：250 nm 5XUm} D$ 光栅高度：490 nm !9WGZfK+0Y 填充因子：0.5 5, ,~k= n_1：1.46 S )rr n_2：2.08 CYLab5 A [9${4=Kq  jel:oy|_ -dixiJ= 光栅#2——结果 XQ]vJQYIR 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。 %*}rLn"? 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。 `z\hQ%1!F o6px 1C:  hq vhnqQk
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