26、FDFD 参数扫描与三维各向异性器件分析

FDFD 参数扫描与三维各向异性器件分析

1. FDFD 参数扫描在偏振器分析中的应用

在日常模拟工作中，绘制能量守恒线是标准操作，但在制作演示文稿和出版物的图形时，这一点通常会被忽略，因为观众会默认展示的结果是正确且收敛后得到的。

为了展示不同类型的参数扫描，这里使用有限差分频域（FDFD）方法分析一种线栅太赫兹偏振器。该偏振器由沉积在蚀刻于硅（Si）衬底表面的光栅上的金线组成，属于线栅偏振器，因为它由一系列连续的长导线阵列构成；同时它也是双层偏振器，因为有两层位于不同高度的导线，两层之间的相互作用使得该器件具有宽带和高消光比的特性。

当电场平行于导线极化时，电场能够推动导线中的自由电荷，此时器件的行为类似于实心金属表面，会反射波，这种情况称为横向电场（TE）极化，因为电场垂直于定义凹槽周期和方向的光栅矢量 $\vec{K}$。当电场垂直于导线极化时（横向磁场（TM）极化），导线中的自由电荷在垂直方向上受到约束，器件更像电介质，允许波透射，这是因为磁场垂直于光栅矢量 $\vec{K}$。消光比 $\xi$ 定义为通过偏振器的 TM 波的透射率 $T_{TM}$ 与被偏振器阻挡的 TE 波的透射率 $T_{TE}$ 之比，即：
$\xi = \frac{T_{TM}}{T_{TE}}$

在偏振器的设计中，通常相对于光栅矢量 $\vec{K}$ 来定义 TE 和 TM，而不是相对于入射平面（POI），因为偏振器常用于正入射情况，此时无法定义 POI。在二维 FDFD 模拟中，E 模式对应 TE 极化，因为其电场垂直于光栅矢量 $\vec{K}$；H 模式对应 TM 极化，因为其磁场垂直于光栅矢量 $\vec{K}$。需要注意的是，这种 TE 和 TM