[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。 \bNN]=  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 ?WyL
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 单光栅分析 Eh/B[u7T[  
−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。 wQ-pIi{G  
−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。 hfw$820y[  
BV_rk^}Ur  
I-<U u2  
 系统内的光栅建模 ;;#28nV  
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−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 ++=t|ZS U  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 QT)D|]bH  
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     {6d)|';%  
两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 TN!8J=sx.  
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3. 系统中的光栅对准 pD;'uEFBQ  
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 安装光栅堆栈 eFJ .)Z  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 Vm\ly;v'R  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 c%,@O&o  
 堆栈方向 Xo^P=uf%  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 TrA&yXXL  
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 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 E$!0h_.(  
- 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 aLa{zB  
- 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。 W:s`;8iM$  
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 横向位置 @q8
h'@sX  
−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。 bp"@vlv  
−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。 Z|l/6L8  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 e0rh~@E  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 NHI(}Ea|]  
 通过组件定位选项。 H$G`e'`OZ  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 FZdZGK  
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 单光栅分析 rt +a/:4+  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 E+'P|~>oX  
 系统内的光栅建模 C|or2  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 j_w"HiNBA  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 _d<xxF^q  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 e$ pXnMx7  
Ep }{m<8c  
J*I G]2'H  
n*yVfI  
5. 光栅级次通道选择 k+nfW]UNF  
J%9)&aW  
St`3Z/|h  
 方向 <.d^jgG
(j  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 u(kacQ7  
 衍射级次选择 0 rge]w.X  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 "~:AsZ"7  
- 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。 %t.L;G  
 备注 c}$C=s5 h}  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 Qf=+%-$Y  
'=eG[#gy  
J/T$.*X  
C~o\Q#*j  
6. 光栅的角度响应 o$4xi
nK  
u[Ij4h.  
j*7#1<T
 
 衍射特性的相关性 z&R #j  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 SO!|wag$  
- 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。 o$Jop"To  
- 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） $27QY  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 8x,{rSqq  

Tl/!Dn  
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示例＃1：光栅物体的成像 &xgKHbg  
]i)g!J8f-  
1. 摘要 -%
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XCAy _fL<B  
vGST{Lz;  
Q"(*SA+-|  
GJeP~   
~R+,4  
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2. 光栅配置与对准 `<oNEr+#  
   AuW-XK.  
c04;2gR  
&;x*uG  
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     q4xP<b^  
3. 光栅级次通道的选择 Droa1_FX  
U)sw IisE  
pRez${f.(s  
   J? 4E Hl  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 >;NiG)Z  
f_m~_`m  
1. 光栅配置和对准 Z!81\5  
'<R::M,  
W{l{O1,  
<aRsogu"P  
o"19{D^.  
RF|r@/S  
2. 基底处理 -TT{4\%s  
N'@E^ rYc  
`z!6zo2d  
=cwdl7N&I  
3. 谐振波导光栅的角响应 $E@U-=m  
C&/_mm
5  
tZz *O%  
t}X+P`Ovq  
4. 谐振波导光栅的角响应 mr[+\ 5  
W2T-TI,>PC  
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   TOge!Q>a  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 $*S&i(z  
b.#0{*/G  
1. 用于超短脉冲的光栅 WMX
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E 5N9.th  
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3;<Vv*a"Dm  
NxGSs_7  
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)TtYm3,  
2. 设计和建模流程 T$&vk#qr  
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3. 在不同的系统中光栅的交换 3:mZ1+  
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