衍射光柵對正入射寬帶平面波的響應(yīng)

01說明

此示例描述了衍射光柵對正入射寬帶平面波的響應(yīng)。Lumerical提供了一組光柵腳本以及“光柵階數(shù)傳輸”分析組，可以輕松計算常見結(jié)果，例如不同波長的光柵階數(shù)、衍射角和光柵效率，光柵分析組還可用于獲得特定光柵階數(shù)的功率分數(shù)。

02 綜述

本例中的衍射光柵是平面上半橢球的二維陣列。一個寬帶（0.85~1μm)平面波通常從襯底入射到表面光柵上，從而在透射和反射區(qū)域產(chǎn)生多個衍射級?！肮鈻烹A次傳輸”分析組使用各種與光柵相關(guān)的命令，并返回對光柵的一般表征有用的綜合結(jié)果列表：

光柵階數(shù)

每個光柵階數(shù)的光柵效率

每個光柵階的S或P偏振光的光柵效率

每個光柵階的方向余弦（遠場半球中的theta和phi值）

上述結(jié)果作為波長函數(shù)返回，可直接用于您的光柵設(shè)計或進一步處理以產(chǎn)生您感興趣的品質(zhì)因數(shù)。

03 運行和結(jié)果

在FDTD中打開并運行仿真文件(diffraction_grating_FDTD.fsp.)，然后打開并運行腳本文件(diffraction_grating_FDTD.lsf.)

光柵階數(shù)與波長

下圖顯示了光柵在不同波長支持的透射/反射階數(shù)?？梢宰⒁獾剑?/p>

光柵在更短波長支持更多的衍射級次。

反射比透射顯示更多的光柵階數(shù)。這是因為基板的折射率(1.45)大于空氣的折射率，這意味著基板中的有效波長較短。這與上述觀察一致。

透射和反射均顯示光柵階數(shù)在0.9μm處發(fā)生突變，低于0.9出現(xiàn)新的光柵階數(shù)。

特定衍射級與波長的分數(shù)功率

在許多情況下，可能需要計算有多少透射/反射功率轉(zhuǎn)換為特定衍射級：

從下圖中可以看出：

傳輸?shù)?0,0)階的T(0,0)與0.9μm以上波長的總傳輸相同。這是因為光柵僅支持該波長范圍內(nèi)的單個傳輸階數(shù)，如下圖所示。T_Total和T(0,0)之間的差異可歸因于透射到更高的衍射級，因為使用的材料沒有吸收。

對于反射，到(0,0)階的透射在整個波長范圍內(nèi)可以忽略不計，這意味著大部分反射功率被轉(zhuǎn)換為更高階。

在 0.9μm附近似乎有一些不連續(xù)性，這些與Wood’s anomaly 有關(guān)，并且在光柵階數(shù)發(fā)生變化的波長處會很明顯。

特定衍射級與波長的衍射角

光柵的衍射角也取決于工作波長，并且對于不同的階數(shù)表現(xiàn)出不同的值。唯一的例外是(0,0)階，它由入射光束的角度固定（在本例中為theta=0和 phi=0）。下圖根據(jù)波長顯示了透射(0,1)級的衍射角。這個特定的階數(shù)開始出現(xiàn)在 0.9μm并且傳播幾乎平行于基板。隨著波長變短，其傳播方向移向極軸（本例中為z軸）。

特定波長的衍射效率和角度

了解特定波長的整個光柵階數(shù)的行為可以通過將每個支持的階數(shù)表示為遠場半球中的一個點來可視化。下圖顯示了0.85μm的透射和反射階數(shù),結(jié)果與上述結(jié)果一致。

例如：

透射和反射分別有 3個和11個衍射級。

透射(0,1)級的衍射角約為70度。

審核編輯：劉清