2.3　本章小结

周期性微光栅结构辐射特性的研究基于对Maxwell方程的求解。本章节给出了Maxwell方程及其本构方程，并对Maxwell方程描述的内容做了介绍。Maxwell方程描述了整个空间和时间范围内电场和磁场的状态及变化规律。求解Maxwell方程的方法有很多种，本章节着重介绍了严格耦合波分析法和时域有限差分法。严格耦合波分析法能够快速并且精确地计算出简单微结构的各级反射、吸收以及透射光谱；但是对于复杂微结构，严格耦合波分析法的计算量非常大，计算难度也大大增加。所以，在本文的研究中，严格耦合波分析法主要用于一维周期性光栅结构辐射特性的计算。时域有限差分法能够非常轻易地解决各类复杂问题，并且计算精度很高；因此，在本文中时域有限差分法主要用于二维周期性光栅辐射特性的求解。为了保证本文采用的严格耦合波分析法和时域有限差分法的正确性，本章节对这两种数值计算方法进行了验证，结果表明一维严格耦合波分析法和二维时域有限差分法在垂直入射和斜入射下均能得到正确的结果。

由于表面微结构的尺寸效应，其会与入射电磁波发生一些耦合作用，产生异常的辐射现象。本文介绍了三种常见的异常辐射现象：表面等离子体激元、伍德异常和空腔谐振效应，并给出了预测各种异常现象出现位置的公式。表面等离子体激元出现在两种介质的交界面，要能激发表面等离子体必须要满足其中一种介质具有负介电常数或负磁导率的条件。伍德异常现象的出现对应于某一衍射级的形成或消失，其出现与否只取决于物体的结构和入射光的方向。空腔谐振效应是出现在狭缝中或者空腔中的电磁波耦合现象，空腔谐振效应会引起电磁场的增强和吸收率的增大。