平条纹面介质光栅衍射理论的扩展与应用

"本文详细探讨了平条纹面介质光栅衍射的二阶耦合波理论，该理论在Moharam等人的研究基础上进行了扩展。文章着重介绍了如何利用定态麦克斯韦方程组来严格建立理论模型，为计算高精度的衍射结果提供了可能。研究对象为具有平面等值面和平面表面的平条纹面介质光栅，不限制光栅的具体结构，且允许照明光波以任意角度入射，包括与光栅矢量面的任意夹角。此外，文中考虑了入射光的任意偏振状态，并用琼斯矩阵描述光栅的衍射特性，将光栅视为偏振元件处理。" 在解决平条纹面介质光栅衍射问题时，通常需要求解在非均匀介质内的波动方程，这是一个复杂的问题。自1930年以来，已有大量关于光栅衍射的研究，其中包括多种理论和近似方法，如适用于薄光栅的薄光栅衍射理论和适用于低调制度厚光栅的一阶二波（耦合波）理论。然而，这些理论各自在特定条件下效果较好。 1981至1982年，Moharam等人提出了一种更严格的解法——二阶耦合波理论，它适用于各种类型的偏振态（如TE和TM）并且考虑了更广泛的光栅参数，如厚度、条纹倾斜度、调制度、调制类型和截面形状。本文在此基础上，进一步扩展了理论的应用范围，允许入射面与光栅矢量平面成任意角度，这超越了原理论中入射面与光栅矢量平行的限制。 二阶耦合波理论的主要优势在于其理论的严谨性和光栅结构的灵活性。通过这个理论，可以更全面地理解和预测不同条件下的光栅衍射现象，尤其对于设计和优化复杂的光栅结构具有重要意义。这种方法不仅可以用于分析实验数据，还可以指导新型光栅器件的设计和制造，如光通信、光学传感和激光技术等领域。这一理论的推广为理解和利用平条纹面介质光栅的衍射特性提供了更强大的工具。