[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。 OcZ8:`=%  
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*:,y`!F=y  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 i3<ZFR  
o]WG8Mo-  
 单光栅分析 /F_(
&H!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。 !A#(bC  
−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。 P7y.:%DGD0  
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 系统内的光栅建模 *K=Yrisz  
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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。 F:cenIaBF  
−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。 > m##JzWLr  
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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。
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3. 系统中的光栅对准 Pskg68W  
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 安装光栅堆栈 Bw*
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−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）。 =7 ${bp!  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 .>+jtp}  
 堆栈方向 x L]Z3"p%  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 =J827c{.  
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 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 h$I 2T  
- 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 07qL@![!  
- 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。 :P:OQ[$  
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 横向位置 0\Ga&Q0-(O  
−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。 D$PR<>=y  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 )ZQML0}P;  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 q?2kD"%$  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 Kk<MS$Ov  
 通过组件定位选项。 ]q|^?C  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 sN9 SuQ  
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 单光栅分析 fk  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 m9m]q&hx  
 系统内的光栅建模 ^.; x  
- 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。 v %GcNjZk5  
- 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。 k=r)kkO)  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 n> O3p ~  
(N`x  
0F|DD8tHR  
'k9dN \ev  
5. 光栅级次通道选择 *d;D~"E<@  
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Ss c3uo0  
 方向 Y~ ( <H e?  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 FQGh+.U  
 衍射级次选择 R6/vhze4L2  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 sPUn"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。 +/Q?<*[  
 备注 a>/cVu'kz  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 ?f ]!~  
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c DO<z  
6. 光栅的角度响应 xBW{Wy
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I]OVzM  
=Zc Vywz;+  
 衍射特性的相关性 .P>-Fh,_p  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 f0,,<ib.w
 
- 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。 >7^i>si  
- 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） q*B(ZG  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 |.c|\e z/  
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Z_Z; g]|!  
FELTmQUV  
示例＃1：光栅物体的成像 }9,^=g-  
MEZc/Ru-[  
1. 摘要 &@anv.D  
69>N xr~k  
5gnmRd  
uY'77,G_J  
3(/J(8  
lqe71](sK8  
5,n{-V  
2. 光栅配置与对准 @g~hYc  
   IU*w'a  
GDMg.w4Yk  
J&bhR9sF  
TaN]{k  
j(SBpM  
     a1nj}1M%  
3. 光栅级次通道的选择 <h7FS90S  
!^EdB}@yS  
0cxk)l%  
   Yo$ xz  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 g.re`m|Aj  
c7fQ{"f 3B  
1. 光栅配置和对准 "o ^cv  
#^FDFl  
ao(l
j  
hn@T ]k  
u^!c:RfE?  
ZXR#t?D  
2. 基底处理 M XX:i  
o :tz_5  
HI}9"(t}  
n2#Yw}7^,o  
3. 谐振波导光栅的角响应 :J{| /"==  
+g6t)Gl  
m)aNuQvy:Z  
X>`5YdT~+  
4. 谐振波导光栅的角响应  c>(`X@KL  
^bjaa  
q0l=S+0
 
   f;w7YO+$p9  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 >P/Nb]C  
&S8Pnb)d  
1. 用于超短脉冲的光栅 10 D6fkjf  
X/D^?BKC  
.9Y,N&V<H  
Y,%d_yR
[  
fZ*LxL  
4CT _MAj  
]S=AO/'  
2. 设计和建模流程 |QIFtdU5T  
w>q:&Q  
MzY~-74aF  
W_ =  
3. 在不同的系统中光栅的交换 ]^j'2nJv0  
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