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摘要 w YxFjXm
b8-^wJH! 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。 c$Nl-?W 1~ZHC[ `
 0PX@E-n gdn,nL`dP 任务说明 f*H}eu3/j YwTt I ID%  sVl :EVv E6IL,Iq9 简要介绍衍射效率与偏振理论 1~iBzPU2 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。 BO cEL%+ 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： 2 !& ;ZcT,  `f E:5y 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。 HQ#L
|LN 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： ;0}"2aGY  .;sPG 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 。 a {YVz\?d} VQJ5 $4a&
光栅结构参数 Qz90 mb 研究了一种矩形光栅结构。 |8?{JKsg 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 ?=o]Wx0(9 根据上述参数选择以下光栅参数： o\YdL2:X 光栅周期：250 nm Yy: sZJ 填充因子：0.5 2F)OyE 光栅高度：200 nm HDG"a&$
材料n_1：熔融石英（来自目录） H_$f
v_ 材料n_2：二氧化钛（来自目录） 4 6JP1 W$ {sD|d-  O*"wQ50Ou VTkT4C@I;Y 偏振态分析 !LSWg:Ev+ 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 6E% k{ r 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。 TgG)btQ 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。 wA+4 :CF @ R1%T>2"~& 
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)i," xo3)ds X 模拟光栅的偏振态
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瑞利系数现在提供了偏振态的信息： 5 w%9b 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 6q7 Y`%j 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 T>?1+mruM 对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 o[*ih\d E0'6 !9y Passilly等人更深入的光栅案例。 }=R| iz*,! 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。 o{ ,(`o.1O 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 AYtcN4\/
dNmX<WXG
 6iS+3 + x?$Y<=vT 光栅结构参数 NWcF9z%@ 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 rV{e[fGd 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 ZACn_gd[5 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 z>q_]U0 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 Tdp$laPO'
 -Euy5Y s7gf7 E#Y 光栅#1——参数 +1A<kJ 假设侧壁倾斜为线性。 @ uWD>(D 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 iTyApL V 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 P,], N) 光栅周期：250 nm lK SI5d 光栅高度：660 nm /q Y(u PJ 填充因子：0.75（底部） ;]e"bX 侧壁角度：±6° mQ)l`w Gh n_1：1.46 "@Fxfd+Ot n_2：2.08 %iM L? ?S
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 ,4UJ| D=J 79fg%cSb 光栅#1——结果 nhxl# 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 6 <GWDO 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。 J)+eEmrU r-uI FhV^
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z a+N d%hoe 光栅#2——参数 my0->W%L 假设光栅为矩形。
YDL)F<Y 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 HyMb-Us 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 Melc -[ 光栅周期：250 nm r3)t5P*_ 光栅高度：490 nm Ved:w^
, 填充因子：0.5 yLX\pkAt4 n_1：1.46 XsC bA8Qv n_2：2.08 x]M1UBnMN > skS`/6  O@$i K!mgh7Dx 光栅#2——结果 U9s y]7 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。 hkxZ=l 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=Qy;zk `V bG%y&I  |^&e\8>.
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