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摘要 k# [!; <
wZqYtJ 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。 Ez3fL&* cS ~Ox AS
 ^/f~\ #R d>QFmsh- 任务说明 u,^CFws_ HK;NR .D  F Y1iY/\Cn 9]4Q@% 简要介绍衍射效率与偏振理论 kp m;ohd 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。 VoU8I ~ 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： ARH~dN* C  C/kf?:j 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。 osW"wh_ 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： 3:J> -MO  | Y9>kXM l 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 。 W }N UU oaIk1U;g
光栅结构参数 FuhmLm'p 研究了一种矩形光栅结构。 jLAEHEs 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 LrB
0 x> 根据上述参数选择以下光栅参数： &> sbsx\y 光栅周期：250 nm -+R,="nRQ 填充因子：0.5 BoD{ fg 光栅高度：200 nm jK|n^5\ 材料n_1：熔融石英（来自目录） L Eb$Fd 材料n_2：二氧化钛（来自目录） ,} oAc bi<<z-q`wJ  ;Qi:j^+P) )U/jD 偏振态分析 3I6ocj [, 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 'VDWJTia 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。 ?CpVA 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。 Aoe\\'O|V k Dmm  I /E 9: +
G@N 模拟光栅的偏振态 ^Q/*on;A,/
}EK{U M9y
 c%H' jB [ ,AP&N'
瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 2t= = <x 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 eqx }]# 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 Et=Pr+Q{c 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 TnrBHaxbo4 2]!@)fio` Passilly等人更深入的光栅案例。 ?cU,%<r 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。 a"Qf 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 ?UnQ?F(+G<
7;>|9k
 K;F1'5+=D Knwy%5.Z 光栅结构参数 N
J3;[qJ 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 Qqm?%7A1 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。 J8ni}\f 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。 Lqgrt]L_" 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 !=0h*=NOYt
 H:fKv7XL XKp&GE@Y 光栅#1——参数 .j}]J:{% 假设侧壁倾斜为线性。 f"6W ;b2L. 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 y`I>|5[ ` 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 \Y P,}_ ~ 光栅周期：250 nm (W 1 $+X 光栅高度：660 nm w h$bDT Cj 填充因子：0.75（底部） c 1 YDln 侧壁角度：±6° Al>d
21U n_1：1.46 VfU"%0x n_2：2.08 `YhGd?uu$
nrac )W
 =uP?
?E Xu$>$D# a 光栅#1——结果 `v*H H}aDO 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。
X%Ok "> 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。 PK|-2R"M h"FI]jK|}
 gInh+XZs mx Nd_{n 光栅#2——参数 ;1k& }v& 假设光栅为矩形。 *X0>Ru [ 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 Gwd38 矩形光栅足以表示这种光栅结构。
&@iOB #H 光栅周期：250 nm (< +A w7 光栅高度：490 nm +B*]RL[th 填充因子：0.5 {npm9w<; n_1：1.46 e]4$H.dP
n_2：2.08 'D\X$^J^ oE ' P  nI:M!j5s` *.W3V ; K 光栅#2——结果 qTJhYx m 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。 -^ _2{i 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。 yE }\4_0I/ Fp\ ;j\pfw  g=Z52y`N <
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