[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。 8Azh&c  
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{[#)Q.2  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 I'*,<BPG  
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 单光栅分析 CPZ,sWg5  
−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。 W+;=8S  
−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。 ~588M 8~  
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i=\)[;U  
 系统内的光栅建模 C]2-V1,ZX  
RAl/p9\A+  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 #WZat ?-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。 FWJ**J  
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     xh:I]('R  
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。 EtzSaB*|  
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3. 系统中的光栅对准 w[d8#U  
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 安装光栅堆栈 we[+6Z6J  
−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）。 U2m#BMV  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 ymxA<bICS8  
 堆栈方向 />mK.FT  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 f~wON>$K  
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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）。 pk9Ics;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 Q&.uL}R  
- 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。 g>h/|bw4  
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 横向位置 \4wMv[;7  
−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。 (a#gCG\  
−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。 OJpfiZ@Q_  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 :wS&3:h  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 %4m Nk}tyH  
 通过组件定位选项。 g_cED15  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 qZ^ PC-  

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 单光栅分析 fYjmG[4  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 y/\b0&  
 系统内的光栅建模 +Mq\3  
- 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。 x4_MbUe  
- 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。 g6%]uCFB  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 ns>$  
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5. 光栅级次通道选择 I :<,9.   
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 方向 f;^ +q-Q  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 nDdY~f.B  
 衍射级次选择 je^VJ&ac  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 :|s;2Y  
- 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^t)^iI"'  
 备注 56z>/`=  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 kMCP .D45;  
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6. 光栅的角度响应 `{!A1xK
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L@GICW~  
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 衍射特性的相关性 B-N//ef}  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 C/Q20  
- 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。 F%-@_IsG#  
- 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） y\^zxG*]'  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 "b`#RohCi  
VQpt1cK*  
]|g2V a~-  
jdG2u p  
示例＃1：光栅物体的成像 tcj"rV{G  
Zzjx;SF  
1. 摘要 8_!qoW@B  
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&D M3/^70  
)1Bz0:  
$a~  
E>QS^)ih  
-lJ|x>PG'  
2. 光栅配置与对准 5go)D+6s  
   fQib?g/G  
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>P j#?j*Y  
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     $V3If  
3. 光栅级次通道的选择 A x8>  
0J'^<GTL  
|.Vgk8oTl  
   5/P. 4<c7  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 _'cB<9P  
} 9zi5o8  
1. 光栅配置和对准 ,]0BmlD  
1oO(;--u_  
k?7"r4Vc)S  
E|9`J00  
#WG}"[ ,c  
_qPKdGoM  
2. 基底处理 O:GPuVb\  
Ag0 6M U  
eg*aVb  
O<p=&=TD7  
3. 谐振波导光栅的角响应 DtBvfYO8)>  
).jQ+XE'>  
#L!`n)J"  
&w^9#L  
4. 谐振波导光栅的角响应 spP[S"gI  
&,{>b[  
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jn:E  
   g0B-<>E  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 b&yuy  
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1. 用于超短脉冲的光栅 Mo3%OR  
dn'|~zf.  
^"<Bk<b(  
\1<aBgKi  
]/h$6mrL  
yH:p*|%:  
0B1nk!F  
2. 设计和建模流程 $'CS/U`E}  
XS2/U<sd  
-,*m\Fe}  
FP&Ykx~  
3. 在不同的系统中光栅的交换 a\m=E#G  
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j{FRD8]V