基于MATLAB光栅衍射仿真.doc

基于MATLAB的光学光栅衍射仿真 “光栅衍射计算”是一基于MATLAB，计算双周期光栅光栅结构电磁仿真程序。该的功能包括一般的和灵活的光栅结构参数（任意数），限制控制。此外，编程Matlab的应用开发框架提供了软件灵活性和光栅衍射计算光栅衍射计算第部分中的代码dc_intro.m中。） 本文的主要重点是定义光栅结构。所附文件Calc_Demo.pdf提供了电磁计算中的应用例子。（在这篇文章和GD- Calc_Demo.pdf中的所有代码示例都可以在GD-Calc 网站上的免费演示/教程代码中运行。光子晶体示例在演示脚本gdc_demo11.m上运行。）电磁理论与光栅衍射计算 第1部分：概念描述 MATLAB的开发环境 在MATLAB环境下工作的一个优点是可以创建光栅衍射计算的功能链接 通常情况下，光栅的光学特性不是它本身的主要焦点，它最主要的焦点应该是把光栅作为一个组件的完整系统的光学响应。 MATLAB的通用编程能力可以轻松的将光栅衍射计算光栅衍射计算器 虽然独立程序缺乏Matlab开发环境的通用性和灵活性，但是他们有简单和易于使用的优点。然而，光栅衍射计算器光栅衍射计算光栅衍射计算 图1锥体光栅 图2光栅层 从软件方面来看，如图1的结构由结构内部的单元阵列的嵌套层次表示的。在这里划定为光栅的顶层数据结构，包含了一个单元阵列层范围，其数组元素代表光栅层（从下往上数）:grating.stratum{1}，grating.stratum{2}，...第i层的条纹表示为grating stratum{i}.stripe{1}，grating stratum{i}.stripe{2}，...，这个条纹块的第j条表示为grating.stratum{i}.stripe{j}.block{1}，grating.stratum{i}.stripe{j}.block{2},...这些结构的其他区域规定了边界平面的位置和每个区块的光学材料。这些光学材料由顶层单元阵列grating.pmt中列举的复杂的介电常数表示，其中每个元素都代表着一种特定的材料。一种特定光栅领域的光学材料指定为一个在列表中的整数指数（如grating.stratum{i}.stripe{j}.block{k}.pmt_index）；因此，多个区域都可以通过给他们指定相同的材料指数来限定表示相同的材料. 这有五种不同类型光栅的“层”对象，列举如下： 层的类型 说明 均匀 无条纹边界的均匀光栅层 非周期 均匀条纹，无块边界的层 双周期 一般双周期阶层（如图2所示） 坐标断点 适用于平移移位到断点平面的所有层 复制模块 用来定义三维周期性光栅区域 每个层的对象有一个“type”指数说明它的类型。例如，一个均匀层是由三个结构场定义：类型指数（零），层厚以及介电常数指数构成，如： stratum.type = 0; % 设定为均匀的 stratum.thick = 0.5; stratum.pmt_index=1; % 定义grating.pmt 调用的的类名index grating.stratum{1} = stratum; 这种均类型基本上是更普遍的型。一个“” 在抽象意义上是“层”特定高度横向，并提供上述一个“复制模块”是一复合型的层用来表示结构（基本结构模式表现为一个栈的层，它可以是任何类型 - 包括其他复制模块） 图3和图4在概念上说明了结构元素如何一个光子晶体结构相结合。，三层结构定义。前两个层第三层是一个坐标，它适用于在两个周期方向平。 （图3的箭头平动位移），三个层组合成复制，其中有一个相关的复制数显示模式重复多少。图4了四复制计数结构。该结构包括四个基本双层模式，。光栅衍射计算器复制数的对数比例 光栅衍射计算 图5 校准传感器光栅 在这个例子中，有两个量化的光栅参数：空气层厚度，表示为：grating.stratum{2}.thick,和相位板的平移位移量，表示为：grating.stratum{3}.dx2.它们也可以作如下定义： grating.stratum{2}.thick = wavelength*[3;2;1]; grating.stratum{3}.dx2 = d*(0:63)/64; (这里的wavelength和d变量分别代表了光照波长和光栅周期)，空气空间的大小是[3,1]，量化为维1，平移位移大小是[1,64]，量化为维2。包括衍射效率量在内，任何作用上依赖空气层和平移位移层的量的大小都为[3,64]。基于上面描述中的数组扩展设置，这些阵列都是大小兼容的。 在某些情况下，参数化可以显著提高光栅衍射计算光