基于MATLAB的光栅衍射仿真

基于MATLAB的光学光栅衍射仿真

“光栅衍射计算器”是一种基于MATLAB的,用于计算包括双周期光栅在内的光栅结构衍射效率的电磁仿真程序。该程序的功能包括一般的和灵活的光栅模型,结构参数(包括任意数目的参数),以及对衍射顺序进行无限制的控制。此外,它在通用编程和Matlab的应用开发框架下的实现提供了一定程度的软件灵活性和与独立衍射分析程序不兼容的交互性。

本文的第1部分提供了光栅衍射计算器的概念描述,概括描述如何指定光栅结构以及如何进行电磁计算。这些介绍主要面向概念,但有一些简单代码的例子给读者演示了如何使用光栅衍射计算器软件界面。第二部分对软件界面做了进一步的介绍:以钨光子晶体结构为例来说明光栅结构是如何确定的。(第二部分中的代码列表总结在gdc_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器的算法详见GD-Calc.pdf。

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器的功能链接,这个功能不依赖于繁琐的数据转换和导入/导出过程。例如,在半导体光刻技术的应用中,可能被曝光的相关的抗蚀剂致密化会影响光阻光栅的厚度和折射率指数,因此很自然地就会把指定厚度和折射率作为用户定义的曝光函数。这对结构参数是非常有用的,例如,曝光可以被定义为一个量化的数量,在所有曝光依赖数量的情况下,包括抗蚀剂厚度和折射率指数,计算出的衍射效率,也同样会被量化。

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机在功能上连接到用户定义的光学系统模型中,光栅它可以自身并入通用的优化程序来优化设计程序。衍射计算器仅仅一个是MATLAB函数(gdc.m),可纳入其他MATLAB函数或脚本,另外,它还带有可以初始化为用户定义函数的参数.

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,光栅衍射计算器可以用于与MATLAB相结合创建定制的用户接口来更好的适应特定应用。许多与光栅衍射计算器相关的函数和脚本,如它的绘图工具(gdc_plot.m),它的输出

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