[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。 W>UjUq);  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 Gu<W:n[  
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 单光栅分析 c lq <$-  
−通过主窗口“光栅”菜单，可以进入仅针对光栅的特殊评估环境。 !G@V<'F  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 LH1BZ(5g  
3" 8t)s  
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 系统内的光栅建模 yRSy(/L^+  
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−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 (gv=P>:  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 7UY('Q[  
S;G"L$&\  
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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。 Z{j!s6Y@{  
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3. 系统中的光栅对准 F^J&g%ql  
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 安装光栅堆栈 OsDp88Bc  
−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）。 2*b#+b  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 !:R^}pMhIk  
 堆栈方向 jKe$&.q@  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 .CB"@.7  
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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）。 Y,p2eAss  
- 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 @8T Vr2uy  
- 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。 Wl@0TUK  
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 横向位置 [U_Q 2<H  
−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。 U/v"?pg[  
−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。 +"*l2
E]5  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节
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 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 ?ZD{e|:u  
 通过组件定位选项。 ^Hy)<P  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 ZKiL-^dob  
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 单光栅分析 g6k&c"%IQ(  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 j.
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 系统内的光栅建模 iLI.e rm  
- 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。 pfT`WT  
- 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。 I*`=[nR  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 7J</7\  
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5. 光栅级次通道选择 UH.}B3H  
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!Barc,kA  
 方向 ~L Bq5a  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 {R6Zwjs  
 衍射级次选择 , L AJ  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 bo?3E +B  
- 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。 c=U$$|qHV  
 备注 (qq$y #$  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 Q'%5"&XFD  
R)DNFc:  
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6. 光栅的角度响应 EY[
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v1tN DyM6  
 衍射特性的相关性 DRFuvU+e  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 7.Kjg_N#Tr  
- 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。 j@_) F^12  
- 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） ^|hRu{QW  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 zi DlJ3]^  
o\:f9JL  
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9OO_Hp#|9  
示例＃1：光栅物体的成像 $'mB8 S  
KE)D =P  
1. 摘要 B$[%pm`'2  

po](6V  
/B#lju!  
O|7{%5h  
(8eNZ*+mO  
ws=9u-  
i[BR(D&l_p  
2. 光栅配置与对准 j*Wh;I+h  
   l!2Z`D_MD  
6/WK((Fd  
Pk?%PB?Z  
SYW=L  
$rQFM[  
     qer'V  
3. 光栅级次通道的选择 %F]9^C+  
H* L2gw  
EwBN+v;)  
   "VVR#H}{  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 "6o}qeB l  
8iH;GFNJ7'  
1. 光栅配置和对准 [#*?uu+ jK  
^@5ui;JV  
,5+X%~'  
x_iy;\s1  
"qP^uno  
:iOHc-x
 
2. 基底处理 mP .&fS  
kpreTeA]  
;>8TNB e!  
,m'#>d&zO  
3. 谐振波导光栅的角响应 C.e|VzQa  
gl\$jDC9  
G mUs U{  
f;XsShxr  
4. 谐振波导光栅的角响应 Y l3[~S  
hv8[_p`>  
bz@=zLBt  
   ~TK^aM   
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 xW;[}t-QS  
uV$d7(N}"  
1. 用于超短脉冲的光栅 Jz3<yQ-  
e]B<\i\T  
5!Mp#lO  
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0B:{4Lsn&  
}(%}"%$  
>,]e[/p  
2. 设计和建模流程 *]| JX&  
714nUA872  
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vKOn7  
3. 在不同的系统中光栅的交换 Tvw2py q  
adr^6n6v  
CZ%"Pqy&1L