[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。 VjS %!P  
rteViq+|.  
g^26Gb.  
sZ{Kl\1@  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 "!i7U2M'  
p#HPWW"  
 单光栅分析 pv+FP
B  
−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。 <T[%03  
−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。 c>{6NSS -  
7uFM)b@.
P  
!T@>Ld:  
 系统内的光栅建模 *r!1K!c  
Z'6 o$Xv  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 !ge,]@/  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 j0L9Q|s  
L`cc2.F  
WZ&/l 65J  
     NDgl
se  
两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 ={ c=8G8T  
l"p%]\tZ  
3. 系统中的光栅对准 O66\s q  
Zk$AAjC&  

XA5gosq  
 安装光栅堆栈
e<dFvMO  
−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）。 =<s+cM  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 7Av/ZS  
 堆栈方向 W%hdS<b  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 E,JDO d}  
a"&@G=M@d  
D"j =|4S#  
B9KY$^J  
W}EI gVHs  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 E)o/C(g  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 Mii-Q`.:  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 64z9Yr@  
s$YKdtR  
Qf0$Z.-  
SE)_
5|k*  
T5)Xl'Q  
 横向位置 {H#1wu^]O$  
−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。 2/sD#vC  
−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。
cveTrY}g  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 [Tby+pC  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 `sQ\j Nu  
 通过组件定位选项。 .%+'Ts#ie  
[bUM x  
h']R
P  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 E `Ualai  
YYr &Jcj  
w-FZ`OA`D  
 单光栅分析 GBzC<e#  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 vnMt>]w-}  
 系统内的光栅建模 M(HU^?B{'  
- 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。 *>V6KW  
- 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。 $"0t1  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 ji?0;2Y  
^+oi|y  
yZ~<! 5.P  
^_9 ^iL  
5. 光栅级次通道选择 qe4hNFq  
OYzt>hdH  
iC?s`c0B  
 方向 1>jG*tr  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 2!\y0*}K  
 衍射级次选择 D$q"k"  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 C$){H"#  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 bM;yXgorU  
 备注 Y'i0=w6G  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 ,pa,:k?  
;@Ep?S@  
D%(9ot{!e  
D@uw[;Xb5  
6. 光栅的角度响应 T~cq=i|O  
@g9j+DcU  
7J~6J.m  
 衍射特性的相关性 ;_amgRP7$  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 y$r^UjJEO  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 )&1yt4 x6%  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） nT`NfN  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 ;!, ]}2w*X  
6?Q&>V26Y  
N?Mmv|  
<89@k(\ /  
示例＃1：光栅物体的成像 1)/B V{n  
F+*>q  
1. 摘要 B/q/sC  
GsqR8n=  
@I\Z2-J  
L$zT
`1Hy  
g-pDk*|I,Q  
]/p0j$Tq$  
FI.S?gy0   
2. 光栅配置与对准 T~s/@*y9  
   2n?\tOm(V  
|}^[f]  
THJ KuWy  
fpM4q  
=}\]i*  
     w
4'(Y,(`  
3. 光栅级次通道的选择 '97)c7E  
V:6#IL  
>r{3t{  
   j:"+/5rV8  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 9r+`j  
\-GV8A2:k  
1. 光栅配置和对准 .2Q`. o)  
,Ot3N\%yn  
o%h\55S  
eG|e1t
K+  
LoOyqJ,  
6Kh:m-E9  
2. 基底处理 K).X=2gjY  

R"5/  
si=/=h  
:|<D(YA  
3. 谐振波导光栅的角响应 wC!(STu  
]SBv3Q0D7  
fB1JU1  
1(w0*`  
4. 谐振波导光栅的角响应 ;s"m* 4N  
X^_,`H@  
g0rdF  
   ?Y )
Qy,  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 X_HR$il  
=zVbZ7  
1. 用于超短脉冲的光栅 j2qDRI  
?P<&8eY  
8PXleAn  
oVoTnGNM6  
~#I1!y~`  
U(W#H|  
@WhcY*R2  
2. 设计和建模流程 7Yk6C5C  
&lBfW$PZjk  
W}Nd3  
&wNN| fH  
3. 在不同的系统中光栅的交换 Zx}=c4I(y  
xw%?R=&L  
rM[Ps=5