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摘要 < -Nj
^|Y!NHYH$Z 光栅结构广泛应用于各种光学应用场景，如光谱仪、近眼显示系统、脉冲整形等。快速物理光学软件VirtualLab Fusion通过使用傅里叶模态方法(FMM，也称为RCWA)，为任意光栅结构的严格分析提供了通用和方便的工具。为此，复杂的一维或二维周期结构可以使用界面和调制介质进行配置，这允许任何类型的光栅形貌进行自由的配置。在此用例中，详细讨论了衍射级次的偏振态的研究。 p.G7 Cs h>wU';5#f
 {#vo^& B F<$&G'% H 任务说明 DcOLK\ b}fH$.V@  '&9b*u";x( x InWcQ 简要介绍衍射效率与偏振理论 <x/&Ml+ 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。 &~i1 @\] 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： R`c5- 0A  }^H_|;e1p 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。 M-NR!? 9 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： %X3T<3<  g0l- n 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 。 @bZb#,n] f c9 1D]c
光栅结构参数 Fq8Z: ;C8 研究了一种矩形光栅结构。 (f)QEho7 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 B-RaAi E@ 根据上述参数选择以下光栅参数： iY="M _kQ_ 光栅周期：250 nm 8:f ( PN 填充因子：0.5 u% FA. 光栅高度：200 nm zIu1oF4[ 材料n_1：熔融石英（来自目录） fA8 ,wy|> 材料n_2：二氧化钛（来自目录） !59q@M ya[ /O9z-!Jz  % n^]1R# OA_
%%A;o 偏振态分析 <*L8kNykK 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 B#=dz,} 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。 R7#B_^ $ 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 |z W2L .m
.v$(  hQ9VcS6=gD 8O]$)E 模拟光栅的偏振态 /wQDcz
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dwRJ0D]& ='(:fHhhX 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： ;aSEv"iWX 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 Qk((H~I} 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 N)QW $iw9 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 Ra/S 46$ hUqIjc uL4 Passilly等人更深入的光栅案例。 4XRVluD%W. 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。 z;T?2~g! 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 G3q\Z`|3h
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$R> 光栅结构参数 bi QDupTz 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 yJ?6B LJi 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。 C&\#{m_1B 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。 vFor j*Xo 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 aPRF
 Ay[6r UO [5H #ay 光栅#1——参数 bO9X;} \6 假设侧壁倾斜为线性。 U2;_{n*g% 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 X4gs{kx}| 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 {q:6;yzxl 光栅周期：250 nm v 81<K*w`P 光栅高度：660 nm p~qdkA< 填充因子：0.75（底部） Zv -#v 侧壁角度：±6° 3>ytpXUEGx n_1：1.46 s~3"*,3@ n_2：2.08 r+>gIX+Fl
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 arm26YA-, H+` Zp 光栅#1——结果 8 K'3iw>z 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 U 1vZ r{\ 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。 w~Aw?75 t ` KB; 3L
 /C}u,dBf ^DD ]jx 光栅#2——参数 r[K%8 Y8` 假设光栅为矩形。 _->d41 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 bZLY#g7L" 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 ]@0C1 r 光栅周期：250 nm F P3{Rp 光栅高度：490 nm XU_ gvz 填充因子：0.5 /@ m]@ n_1：1.46 ''tCtG"
Xi n_2：2.08 {{qu:(_g 6o6I ]QL  1aDx 6Mq *mby fu0q 光栅#2——结果 e w?4; 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。 yvv]iRk< 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。 shKTj5 s? ^VOFkUp)  uVN2}3!)Y
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