[技术]光学系统中的光栅建模——实例讨论 [复制链接]

光栅是当前光学中最常用的衍射光学元件。如今已常用于复杂光学系统，与其他组件协同作用。因此，迫切需要对系统内部的光栅进行分析，从而评估系统的性能。我们将通过实例说明如何在VirtualLab Fusion对系统中的光栅建模。并将对光栅的对准、光栅级次通道设置以及光栅角度响应等问题进行讨论。 X[}%iEWzT  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 nz
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 单光栅分析 K
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−通过主窗口“光栅”菜单，可以进入仅针对光栅的特殊评估环境。 vhW'2<(  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 oB@C-(M  
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 系统内的光栅建模 ?CC6/bE-{  
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−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 195(Kr<5$  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 YDwns  
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两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 Fei$94a  
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3. 系统中的光栅对准 N'StT$(  
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 安装光栅堆栈 sgX~4W"J  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 NNT9\JRv_  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 bF.Aj8ZQ  
 堆栈方向 Z-p_hNb  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 l[xwH 9'  
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 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 |G1U$p  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 \%)p7PNY  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 z)ydQw>  
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 横向位置 "m!Cl-+u  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 ]!/1qF  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 \t}!Dr+yN  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 /as1  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 m^wYRA.  
 通过组件定位选项。 Eq|_>f@@8  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 -G{}8GM  
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 单光栅分析 Pd>hd0!.%  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 5Rq
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 系统内的光栅建模 K(hqDif*6  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 NKRNEq!  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 *C$ W^u5h  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 4-sUy  
CT/`Kg_  
fk=_ Y  
}E*#VA0/nY  
5. 光栅级次通道选择 syMB~g  
OD{Rh(Id  
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 方向 B+,Z 3*  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 68d(6?OgW  
 衍射级次选择 ?k#-)inf)  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 {,,w5/k^  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 j`(o\Fd )  
 备注 (C1]R41'  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 {l![{  
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qHklu2_%  
YaDr6)  
6. 光栅的角度响应 >tYptRP  
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}3ty2D#/:  
 衍射特性的相关性 58{6kJ@  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 NbSkauF~b  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 ?tSFM:9PU  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） ZF>zzi+@  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 YOy/'Le^:  
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}PUQvIGZZ&  
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示例＃1：光栅物体的成像 Tm 6<^5t  
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1. 摘要 P|Dw+lQj  
[2"a~o\  
79^Y^.D  
7jQOwzj  
;`p+Vs8C  
&!SdO<agZ  
4V@raI-  
2. 光栅配置与对准 ph qx<N@  
   #N.W8mq  
gdPv,p19L  
M_lQ^7/  
(NR8B9qLN  
ND $m|V-C  
     V3r1|{Z(  
3. 光栅级次通道的选择 A/ZZ[B-  
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?y_W%ogW  
   xMsSZ{j%5  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 -!V+>.Oh  
u5zL;C3O  
1. 光栅配置和对准 E}6q;"[  
Se~<Vpo  
`s1>7XWf  
T-,T)R`R  
+5~5BZP  
R. :~e  
2. 基底处理 T1$=0VSEa+  
\"k[y+O],4  
ufl[sj%^|  
+\Uq=@  
3. 谐振波导光栅的角响应 D/U=zDpiB  
p}}pq~EH/  
9d kuvk}:  
skaPC#u  
4. 谐振波导光栅的角响应 JJC YM  
&BOq%*+  
"R<c  
   fl@=h[g#t  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 I}^Q u0ub  
1 sJtkge:  
1. 用于超短脉冲的光栅 bv:M zYS  
Th.Mn}1%L  
qQN|\u+co  
TKH!,Ow9A  
/E %^s3S.  
I@/s&$H`l  
;6)Onwx  
2. 设计和建模流程 {D{' \]+  
L$zB^lSM  
ZbAg^2  
5mqwNAv  
3. 在不同的系统中光栅的交换 -prc+G,qyp  
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TC* 78;r