[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。 S8,e`F  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 [9;[g~;E%m  
GboZ T68  
 单光栅分析 ,ll<0Atg  
−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。 rNoCmNm  
−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。 moD)^':.  
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 系统内的光栅建模 }F';"ybrU)  
W) ?s''WE;  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 =lmelo#m&  
−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。 v:gdG|n"  
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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。 wD92Ava   
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3. 系统中的光栅对准 tRbZX{  
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 安装光栅堆栈 @ek8t2??x  
−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）。 m>^vr7  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 ()ww9L2  
 堆栈方向 pD]2.O  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 pN{XGkX.  
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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）。 tN;^{O-(V  
- 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  N8)]d  
- 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。 -FS!v^  
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 横向位置 y/>Nx7C0=2  
−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。 J4Ca0Ag  
−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。 }_D{|!!!T  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 N}Or+:"O:q  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 
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I~w  
 通过组件定位选项。 [W99}bi$  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理
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 单光栅分析 v8TNBsEL  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 tILnD1q  
 系统内的光栅建模 %reW/;)l{  
- 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。 zVis"g`  
- 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。 f\;f&GI  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 ; hU9_e  
bYYjP.rcF  
Yc5<Y-W  
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5. 光栅级次通道选择 nv3TxG  
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X{iidTW`xv  
 方向
F.D6O[pZ  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 q)PSHr=Z  
 衍射级次选择 iZ0.rcQj'o  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 OqX+R4S  
- 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。 &zPM#Q  
 备注 Q'[~$~&`  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 9y*(SDF  
+!t *LSF  
&-x/c\jz  
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6. 光栅的角度响应 =nCV.Wf  
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Up>,~bs]  
 衍射特性的相关性 PAiVUGp5[  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 G }M!  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。
1?r$Rx<R  
- 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） oTA'=<W?D  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 p+2uK|T9  
yCv"(fNQ  
_X)]/A%@  
4-\4G"4  
示例＃1：光栅物体的成像 WX+@<y}%  
tAb3ejCo?  
1. 摘要 hG3RZN#ejq  
R~bLEo  
(; Zl  
2Mu(GUe;  
U27ja|W^  
|h:3BV_  
=OR&,xt  
2. 光栅配置与对准 l> >BeZ  
   &jDRRT3  
6uFGq)4p@  
jw]IpGTt  
gKb5W094@  
C,u;l~zz  
     v=H!Y";  
3. 光栅级次通道的选择 ]j(Ld\:L  
 *8 ]  
H/ub=,Ej*  
   )sapUnqrlR  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 '`p0T%w  
B^1Io9  
1. 光栅配置和对准 F,XJGD*  
g:"Hg-s  
tWdP5vfp  
4_S%K&  
c{f1_qXN  
(yz8}L3  
2. 基底处理 `RE1q)o}8M  
.T*7nw  
!?)iP  
<lLk(fC  
3. 谐振波导光栅的角响应 J15$P8J  
$E@ke:  
to 3i!b  
upH%-)%'  
4. 谐振波导光栅的角响应 4>@-1nt}  
Mq,_DQ  
>l5JwwG  
    ]cI(||x  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 M,UYDZ',  
GgjBLe=C  
1. 用于超短脉冲的光栅 gClDVO  
8%9OB5?F6  
4HDQj]z/  
YuDNm}r[  
uO-R:MC  
L:EJ+bNG  
gM3gc;  
2. 设计和建模流程 }~5xlg$B<<  
DSHpM/7  
("BFI  
Yui:=GgUrr  
3. 在不同的系统中光栅的交换 }c,}+{q
 
cjO,#W0&f  
`+/[0B=.