[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。 vxTn  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 #}+H  
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 单光栅分析 |-b\N6 }  
−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。 boGdZ2$h4  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 a1y<Y`SC9  
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 系统内的光栅建模 -^2p@^  
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−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 _ia&|#n  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 IDT\hTPIs  
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两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 DxNob-Fr  
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3. 系统中的光栅对准 [0y,K{8t  
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 安装光栅堆栈 K~,!IU_QG  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 [|oG}'Xz  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 d{JI] !  
 堆栈方向 oSD=3DQ;  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 (WC =om  
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 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 @I?,!3`jS  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 7>y]uT@ar  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 4"kc(J`c  
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 横向位置 9e K~g0m  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 m_oUl(pk  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 `aAE4Ry?  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 m`-:j"]b$  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 <Hr<QiAK  
 通过组件定位选项。 \#]%S/_ A  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 g$Y]{VM.J  
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 单光栅分析 nc:/GxP
 
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 Jw}t~m3  
 系统内的光栅建模 HJN GO[*g  
- 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。 /kG?I_z  
- 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。 iXo;e  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 pP":,8Q{  
i /[{xRXiR  
2[`n<R\  
V[kJ;YLPN  
5. 光栅级次通道选择 -@>]iBl  
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 方向 *uRDB9#9,  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 1gK^x^l*f  
 衍射级次选择 13/,^?  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 C('D]u$Hdk  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 eC"e v5v  
 备注 {l$)X  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 m}?jU  
drjNK!XL@  
a. D cmy{  
@-S7)h>~  
6. 光栅的角度响应 <tbs,lcw;  
Q" h]p  
A,EG0yb  
 衍射特性的相关性 }w35f
G^  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 jm<^WQ%Cc  
- 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。 ,)xtl`fc  
- 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） PU.j(0  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 \[{8E}_"^  
Z1q<) O1QX  
>x6\A7  
A2\hmp@A@7  
示例＃1：光栅物体的成像 Xk%eU>d  
K\Q4u4DjbJ  
1. 摘要 W895@  
i`l;k~rP  
h='&^1  
&&<l}E  

3n7>qZ.d  
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l^bak]9 1  
2. 光栅配置与对准 :dbO|]Xf  
   7CR#\&h`  
+7
6ao7d.  
nX7F<k4G2  
dRzeHuF92  
4>d]0=x  
     Cd^1E]O0{  
3. 光栅级次通道的选择 3+'vNc  
KS5a8'U  
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ef^  
   <e 9d5-2  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 u8?$W%eW  
m=h/A xW  
1. 光栅配置和对准 ~u0<c:C^  
m\&99-j:@b  
w8q 2f-K-  
b(@GKH"W  
]:F!h2  
5,4"
 CF$  
2. 基底处理 ;8MQ'#  
Q1kM 4Up  
imM#zy  
W^HE1Dt]  
3. 谐振波导光栅的角响应 x76;wQ  
:/PxfN5  
e:MbMj6`  
N?rE:0SJ  
4. 谐振波导光栅的角响应 [C-FJ>=S  
3hJ51=_0^  
L"1AC&~u  
   It2:2  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 UT{`'#iT  
7ieAd/:_  
1. 用于超短脉冲的光栅 R9-mq;u+  
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4!ZT_q  
PS!or!m  
#$U/*~m $  
WyB^b-QmDh  
@6!Myez'  
2. 设计和建模流程 a|]deJU^  
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^"iL|3d  
3. 在不同的系统中光栅的交换 dqBN_P%  
_I,GH{lhI  
7NOF^/nU