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复合周期矩形槽光栅衍射特性的理论分析

何媛  杨梓强  梁正  
【摘要】:基于电磁场的Floquet模表示形式,依据矩形槽光栅的结构特点,采用模匹配的数值方法, 研究了以一定角度入射到光栅表面上的TM极化的平面电磁波的衍射特性。首先通过计算衍射因子,分析了周期性矩形光栅的负一级衍射情况。计算结果表明:适当的矩形光栅结构参数,在较宽的入射频段内只有小部分入射频率具有较高的峰值衍射效率,从而呈现出频率选择的性质;衍射特性对于结构参数变化很敏感。所以有必要对矩形光栅结构进行优化设计,由此引入复合周期矩形槽光栅这种结构。它是在保持矩形光栅周期长度不变的前提下,增加一微扰槽,分别讨论衍射特性随微扰槽的深度和宽度的变化情况。通过数值计算,发现微扰槽的深度和宽度对原有矩形光栅负一级衍射特性有较大的影响。随着微扰槽宽度的增加,衍射峰值频带宽度逐步变窄,峰值衍射效率几乎保持不变;而当微扰槽的深度增加到大于一个最佳值以后,-1级衍射频带变宽,而且峰值衍射效率快速减小。最后分析了入射角对衍射特性的影响,在一定的入射角度范围内,衍射特性不因角度的改变而产生较大的变化。通过选择最佳的微扰槽结构参数,在保持负一级峰值衍射效率不变的条件下,使衍射的频带宽度变窄,从而使复合周期矩形槽光栅结构具有良好的频率选择特性。

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