利用严格傅里叶模式理论研究了不同基底折射率、入射角度、归一化周期、归一化沟槽深度对正弦型光栅微结构衍射效率的影响, 并分析了该光栅的衍射特性.基于标量衍射理论和等效介质理论, 分别计算了光栅周期远远大于和远远小于入射波长时, 正弦型光栅的衍射效率, 并与傅里叶模式理论的计算结果进行比较, 分析标量衍射理论和等效介质理论的有效性.结果表明：在垂直入射条件下, 当光栅基质材料折射率为1.5时, 标量衍射理论在光栅归一化周期大于5时, 能够准确计算光栅衍射效率, 误差小于3%; 当基底折射率增大到3.42时, 只有在光栅归一化周期大于10时, 标量衍射理论才有效, 误差小于5%; 当正弦型光栅透射光中只有0级衍射光传播时, 等效介质理论能够准确计算其透射率; 随着入射角度的增大, 标量衍射理论和等效介质理论的有效性都不同程度地降低.

本文设计了一种基于银 -铝-银复合膜层结构的金属亚波长缝 -槽结构。该结构由亚波长狭缝和周期性沟槽组成, 在 632.8 nm波长下, 可实现远场的高方向性辐射。文中用有限元法分析了狭缝宽度、沟槽深度和沟槽周期对出射光高方向辐射特性的影响, 并据此优化得到了器件的结构参数。使用搭建的光学远场测试平台对该缝 -槽结构进行测试发现, 结构的远场发散角约为 4.1°, 测量结果与仿真结果基本吻合, 进一步证实结构的远场高方向性辐射特性。