[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。 9K>~9Za  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 4axuE]  
P>EG;u@.  
 单光栅分析 9^CuSj  
−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。 Bs
R3$  
−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。 gI/
SA  
p4uN+D`.U  
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 系统内的光栅建模 d@?zCFD  
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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。 JMfv|>=  
−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。  _'K6S  
6?';ip  
4D[(X=FSU  
     8iPA^b|sz{  
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。 %_(^BZd  
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3. 系统中的光栅对准 734H{,~  
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 安装光栅堆栈 nTE\EZ+=2  
−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）。 v2ab84 C*  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 je74As[  
 堆栈方向 ^YB3$:@$U  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 yPf,GB"  
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_=K\E0I.m  
**]=!W  
 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）。 CpU y~  
- 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 c3)6{  
- 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。 nFjaV`6`@  
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 横向位置 @Ll^ze&HI  
−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。 s,j=Kym%  
−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。 g{Hb3
id9  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 hM[I}$M&O  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 -+Z&O?pSH  
 通过组件定位选项。 IIAm"=*  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 Bam 4%G5  
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 单光栅分析 wx^1lC2  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 ej[Y `N  
 系统内的光栅建模 !Xzy
:  
- 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。 mpzm6Ieu  
- 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。 {'o\#4Wk  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 <$8e;:#:  
\O\veB8  
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vcmXR  
5. 光栅级次通道选择 30QQnMH3  
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N lB%Qu  
 方向 wTn"  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 *KPNWY9!W  
 衍射级次选择 Ekz)Nh)vGR  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 /&RS+By(i  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 G:;(,  
 备注 ;CA7
\&L>  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 0{>P^z  
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SA.,Q~_T7  
ANd#m9(x  
6. 光栅的角度响应 HNV"'p;  
k5)e7Lb(  
C6c]M@6  
 衍射特性的相关性 MU~nvs;:  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 xJ)vfo  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 -;U3$[T,J7  
- 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） 0^3@>>^  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 ?N@p~ *x  
6n'XRfQp)&  
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x2z%J,z@4  
示例＃1：光栅物体的成像 xkkW?[&  
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1. 摘要 EXT_x q  
9h'klaE(  
z_en.  
!e:HE/&>i  
}P"JP[#E\  
-W XZOdUjs  
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2. 光栅配置与对准 ;Z}V}B  
   _z \PVTT  
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6IC/~Woghx  
vq*)2.  
&B>YiA  
     UZqk2D  
3. 光栅级次通道的选择 "e~"-B7(\Y  
@d=4C{g%o  
D3-H!TFpDb  
   [)83X\CO  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 X8=sk  
^DS+O>  
1. 光栅配置和对准 @~`2Lo/  
gDjs:]/YR  
|{H-PH*Iz  
m8njP-CZ  
7nL3+Pq  
ZCS{D  
2. 基底处理 p;m2RHYF  
x?MSHOia`P  
ckPI^0A!  
_<1uO=km6  
3. 谐振波导光栅的角响应 Um9]X@z  
P(&9S`I  
o`]u&  
FGG7;0(  
4. 谐振波导光栅的角响应 y!?l;xMS  
E>3fk  
_oJq32  
   ?H_'L4Wv  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 %8lF%uu!x  
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1. 用于超短脉冲的光栅 #D&]5"0cX  
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Bd  
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9@."Y>1G  
DIurFDQSS  
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vQpR0IEf]e  
2. 设计和建模流程 v"
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T??t=vb  
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3. 在不同的系统中光栅的交换 &S"o
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