[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。 N)X3pWC8  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 = }ELu@\V[  
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 单光栅分析 G^ShN45  
−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。 \B4f5L8k  
−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。 /9b+I/xY"  
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 系统内的光栅建模  sWyx_  
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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。  o,rK8x  
−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。 _U|rTil  
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     &8;Fi2}(L  
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。 uS<
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3. 系统中的光栅对准 ;fYJ]5>  
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 安装光栅堆栈 j];#=+  
−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）。 =qvn?I^/  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 FwE<_hq//  
 堆栈方向 18^K!:Of  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 }0Q T5  
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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）。 U#x`u|L&6  
- 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 PYwGGB-  
- 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。 "#:h#uRUb  
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 横向位置 gj7'43 ?W  
−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。 y1h3Ch>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。 4~AY: ib|  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 G%junS'zt  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 KBoW(OP4'  
 通过组件定位选项。 2eRv{_  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 \maj5VlJ  
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 单光栅分析 KGf@d*ZOMz  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 hh$i1n  
 系统内的光栅建模 (tF/2cZk  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。
L'$({  
- 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。 gW?Hd/  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 /!_FE+  
i!G<sfL  
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(S?qxW?  
5. 光栅级次通道选择 +f}w+  
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wH\ K'/  
 方向 a *bc#!e  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 /GO((v+J  
 衍射级次选择 -^*8D(j*  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 p`S~UBcL.  
- 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。 +O1=Ao  
 备注 J!"m{ 8-  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 x}f)P  
vos-[$  
%C)|fDwN  
{)4@rM  
6. 光栅的角度响应 j'XND`3  
:4>LtfA  
Pk8(2fAYk  
 衍射特性的相关性 6|Crc$4l  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 rc}=`D`  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 P#/s5D
8  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） )LL.fPic  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 :UfaMe5  
>p3S,2SM  
U9Lo0K  
0Rn`63#  
示例＃1：光栅物体的成像 m;<5QK8f  
9Z:pss@  
1. 摘要 QaOFl`i  
Ut(BQM>U+$  
Zf?jnDA  
?aZ\Dg{  
c;'7o=rr  
s="cg0PD  
G)=+Nt\*  
2. 光栅配置与对准 WWA!_  
   Tt{ft?H71  
QjsN7h&%  
=Q8$O 2TW  
<*opVy^  
([h
d  
     Zk #C!]=  
3. 光栅级次通道的选择 s3
)T}52  
Ucj>gc=  
)1&,khd/u  
   (Jy >,~O  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 6oGF6C  
k= 9a/M u  
1. 光栅配置和对准 0urM@/j+  
Byns6k  
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ti  
zh4m`}p  
M5B?`mTl  
T)cbpkH4  
2. 基底处理 84-7!< 6i  
g@S?5S.Av  
?tYc2R9x6"  
jhE3@c@pT  
3. 谐振波导光栅的角响应 ACH!Gw~  
-KCQ!0\F  
D?cE$P  
W.<I:q`eO  
4. 谐振波导光栅的角响应 oFS)3.  
btB> -pT  
S]DYEL$  
   >c@1UEwkm  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 j=w`%nh4"f  
ZSW`/}Dp;  
1. 用于超短脉冲的光栅 $g)X,iQu  
nL* SNQ_  
h+Tt+Q\  
T8J[B( )L  
"ZFK-jn/  
GwZ(3  
mdIa`OZr  
2. 设计和建模流程 6Vc&g  
nYO4JlNP  
<7sGA{  
4O3-PU>N  
3. 在不同的系统中光栅的交换 v"smmQZik  
+wg|~Lef h  
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