[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。 ~R^~?Y%+<  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 x&}pM}ea  
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 单光栅分析 #tX\m;  
−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。 2..b/  
−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。 [ u7p:?WDW  
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 系统内的光栅建模 v0uDL7  
_+Tq&,_:o  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 n7-|\p!xP6  
−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。 1./uJB/  
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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。 pT3p!/pl3  
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3. 系统中的光栅对准 12l-NWXf  
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 安装光栅堆栈 |,!]]YO.V  
−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）。 X*ZTn 7<
 
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 |e{F;8  
 堆栈方向 >f)/z$ qn  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 {Yq"%n'0  
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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）。 g-G;8x'n  
- 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 `N<6)MX3>g  
- 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。 j}P x
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 横向位置 %{M_\Ae#  
−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。 %Xe#'qNq)  
−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。 ]rwHr;.  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 PSCzeR  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 )w.+( v(  
 通过组件定位选项。 )y~FeKh  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 F+ ,eJ/]  
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 单光栅分析 C:r@)Mhq  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 5(9SIj^O  
 系统内的光栅建模 kSL7WQe?j  
- 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。 *??!~RE  
- 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。 FYOQ}N   
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 [p&n]T  
sR~D3-  
JAt$WW{  
:?uUh  
5. 光栅级次通道选择 s&Bk@a8  
c>SFttbU  
WFr;z*  
 方向 <@F.qMl  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 )Ca
s0~RM  
 衍射级次选择 [ADSGnw  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 Uz4!O  
- 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。 JD\yl[ac%  
 备注 cj[a^ ZH  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 g3V bP  
S['rfD>9  
g4eEkG`XTS  
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6. 光栅的角度响应 7lLh4__;`6  
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 衍射特性的相关性 RZY[DoF8u  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 Oc,E\~  
- 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。 g36:OK"  
- 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） Q1 t-Z;X  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 zh.^> `   
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--  
AfAlDM'  
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示例＃1：光栅物体的成像 \X*Es.;|x  
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1. 摘要 mBwM=LAZ  
&g;&=<#I  
~M c'~:{O  
{+3 `{34e  
~|:U"w\[=  
0I v(ioB=  
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2. 光栅配置与对准 \4`:~c  
   h&|S*  
**G5fS.^W  
M1mx{<]A  
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w=QlQ\  
     CyV2=o!F w  
3. 光栅级次通道的选择 '+s?\X4VC  
W?:e4:Q  
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   FUO9jX  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 j&N {j_M
 
^\f1zg9I  
1. 光栅配置和对准 tH)fu%:p  
 5(\H:g\z  
U[R[VY7  
6uTFgSqZ  
~Fe$/*v  
z 0}JiWR  
2. 基底处理 rj ] ~g  
!jTxMf  
`9Rj;^NJ  
T!jMh-8  
3. 谐振波导光栅的角响应 !{+a2wi  
aN;c.1TY  
P!yOA_)as  
m S4N%Q  
4. 谐振波导光栅的角响应 OQJ#>*?  
4c]=kbGW  
X
Ooz.GSQ  
   :\]qB&  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 Bfu/w  
m##_U9O  
1. 用于超短脉冲的光栅 Gspb\HJ^  
 X@Bg_9\i  
CklIrD{  
=.]{OT  
|%g)H,6c  
ANRZQpnXQ  
dAr=X4LE  
2. 设计和建模流程 ILIv43QKM(  
M#.dF{%%  
J(Fk@{!F.*  
z^o7&\:  
3. 在不同的系统中光栅的交换 v:gdG|n"  
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