Ansys Lumerical 衍射光栅仿真实例

光栅阶数与波长

下图显示了光栅在不同波长支持的透射/反射阶数。可以注意到：

• 光栅在更短波长支持更多的衍射级次。

• 反射比透射显示更多的光栅阶数。这是因为基板的折射率(1.45)大于空气的折射率，这意味着基板中的有效波长较短。这与上述观察一致。

• 透射和反射均显示光栅阶数在0.9μm处发生突变，低于0.9出现新的光栅阶数。

从下图中可以看出：

• 传输到(0,0)阶的T(0,0)与0.9μm以上波长的总传输相同。这是因为光栅仅支持该波长范围内的单个传输阶数，如下图所示。T_Total和T(0,0)之间的差异可归因于透射到更高的衍射级，因为使用的材料没有吸收。

• 对于反射，到(0,0)阶的透射在整个波长范围内可以忽略不计，这意味着大部分反射功率被转换为更高阶。

• 在 0.9μm附近似乎有一些不连续性，这些与Wood’s anomaly 有关，并且在光栅阶数发生变化的波长处会很明显。

特定衍射级与波长的衍射角

光栅的衍射角也取决于工作波长，并且对于不同的阶数表现出不同的值。唯一的例外是(0,0)阶，它由入射光束的角度固定（在本例中为theta=0和 phi=0）。下图根据波长显示了透射(0,1)级的衍射角。这个特定的阶数开始出现在 0.9μm并且传播几乎平行于基板。随着波长变短，其传播方向移向极轴（本例中为z轴）。

特定波长的衍射效率和角度

了解特定波长的整个光栅阶数的行为可以通过将每个支持的阶数表示为远场半球中的一个点来可视化。下图显示了0.85μm的透射和反射阶数,结果与上述结果一致。

例如：

• 透射和反射分别有 3个和11个衍射级。

• 透射(0,1)级的衍射角约为70度。