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摘要 G>f2E49BXt
B;=-h(E}vJ 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。 D _2~
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 Oiz@tEp=_ H68~5lJY^] 任务说明 .m/$ku{/J |'ML
)`c[  /t"F Z# %f'mW2 简要介绍衍射效率与偏振理论 %ok??_}$}q 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。 P|' eM% 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： {Z!x]}{M  ?=#vp / 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。 :Y)jf 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： 8DLj?M>N  RF$2p4=[ 因此，必须考虑所给出的瑞利系数的坐标系。默认情况下，光栅坐标系中为 。 vA"M Tncv +p"}F PIK
光栅结构参数 [3|&!: 4g6 研究了一种矩形光栅结构。 (RBzpAiH 为了简化设置，选择光栅配置，只允许零阶(R_0)反射传播。 x4=Sm0Ro|V 根据上述参数选择以下光栅参数： b;k3B7< 光栅周期：250 nm PqDffZ^z 填充因子：0.5 B3C%**~:e 光栅高度：200 nm RM|2PG1m 材料n_1：熔融石英（来自目录）
P#o"T4 > 材料n_2：二氧化钛（来自目录） 9Q /t+ )F,IPAA#  ~4 ^~w#R 7 3 4f &2 偏振态分析 2>+(OL4l 现在，用TE偏振光照射光栅，并应用圆锥入射角（𝜑）变量。 b<bj5m4fz> 如前所述，瑞利系数的平方振幅将提供关于特定级次的偏振态的信息。 s:ZYiZ- 为了接收瑞利系数作为检测器的结果，需要选择光栅级次分析器件中的单个级次输出，并选择所需的系数。 'L$}!H1y Q / zlU@  Z`]r)z%f 3Z%~ WE;I 模拟光栅的偏振态 )Bw}T
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 3LW_qX {'@`: p&3r 瑞利系数现在提供了偏振态的信息： eEl71 在圆锥入射角为0（𝜑=0）时， 。这说明衍射光是完全偏振的。 dn1Fwy. 对于𝜑=22°， 。此时，67%的光是TM偏振的。 D `N PU
对于𝜑>50°，系数接近为常数，因此偏振态也是常数。 +{h.n qdAE MP_LdJM1E Passilly等人更深入的光栅案例。 1"yr`,}?8r 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。 }5]2tH${ 因此，他们将模拟结果与制作样品的测量数据进行了比较。 h
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 M~ eXC H5!e/4iz 光栅结构参数 Mj<T+Ohz 在本文中，研究了两种不同的制备光栅结构。 GTuxMg` 由于加工造成的光栅的理想二元形状的一些偏差是可以预料的，而且确实可以观察到：在基板和侧壁上存在不完全平行的欠刻蚀部分。 PK).)5sW 由于缺少关于制作结构的细节，我们将其简化为VirtulLab Fusion中的模拟。 z; Jz^m- 但是如果有可用数据，就可以详细分析光栅的复杂形状。 G$mAyK:
 [JVEKc ym L.?QZN%cN 光栅#1——参数 ~J:]cy)Q 假设侧壁倾斜为线性。 cXod43 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 ?>/9ae^Bw 为了实现光栅脊的梯形形状，采用了倾斜光栅介质。 %EH{p@nM&- 光栅周期：250 nm 6m%#cP
(6K 光栅高度：660 nm )lZoXt_3 填充因子：0.75（底部） kt2W7.A 5 侧壁角度：±6° |R&cQKaQ` n_1：1.46 wQ9?Z.-$ n_2：2.08 MAQ(PIc>T
). 3riR
 IhjZ{oV/@ hN^,'O 光栅#1——结果 z_8lf_N 这两幅图对比之下匹配度很高，特别是图表的趋势。 ~JQ6V?fucD 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。 Bwl@Muw %jJ|4\
 ey@ccc*sZ9 |/;;uK,y 光栅#2——参数 FD al;T
假设光栅为矩形。 +Ly@5y" 忽略了衬底中的欠刻蚀部分。 + L|x^ B3 矩形光栅足以表示这种光栅结构。 mg]t)+ PQ 光栅周期：250 nm jS ?#c+9 光栅高度：490 nm 5=&ME(fmV 填充因子：0.5 N 9W,p 2 n_1：1.46 i__f%j `!W n_2：2.08 MfZamu5+F (YM2Cv{ 4  hVIv-> '*B%&QC - 光栅#2——结果 [vqf hpz 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。 ^r~O* 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。 5=#2@qp +rJDDIb  %xrldn% h
S)lQl:^ 文档信息 eLIZ<zzW0}
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