[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。 RLl*@SEi"  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 ;1x(~pD*o  
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 单光栅分析 7dxTyn=  
−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。 O7DaVlln  
−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。 >JOEp0J  
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 系统内的光栅建模 #R^^XG`1  
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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。 Lt'FA  
−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。 [%?ViKW  
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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。 EhWYFQ  
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3. 系统中的光栅对准 r@WfZZ  
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 安装光栅堆栈 b=$(`y  
−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）。 eVRPjVzQ'Q  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 nyl[d|pVa  
 堆栈方向 vRI0fDu  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 ]K0G!TR<  
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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）。 x?6 \C-i  
- 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 8~!9bg6C  
- 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。 JmBe1"hs  
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 横向位置 q
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−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。 -]~KQvIH!  
−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。 e8,!x9%J  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 U32&"&";c  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 c,L{Qv"n{  
 通过组件定位选项。 qe_qag9  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 W6&mXJ^3L  
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 单光栅分析 @.8FVF  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 c[zGWF#1>  
 系统内的光栅建模 o?`^ UG-  
- 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。 Aa!#=V1d  
- 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。 L43]0k  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 M $\!SXL  
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j`l'Mg  
5. 光栅级次通道选择 *z
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r"$~Gg.%(  
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 方向 pT<}n 9yB5  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 3Q2z+`x'  
 衍射级次选择 
# 5b   
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 .q5WK#^  
- 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。 ueLdjASJ  
 备注 'M=V{.8U  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 AkA2/7<[  
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6. 光栅的角度响应 nEfQLkb[|  
x.ucsb  
;GZ/V;S  
 衍射特性的相关性 ]}d.h!`<)  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 yv2wQ_({  
- 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。 zdgSq
v  
- 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） dH~i  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 N'=b8J-fF  
VL8yL`~zc.  
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M&5De{LS}  
示例＃1：光栅物体的成像 j!/=w q  
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1. 摘要 !b?`TUt   
O=\`q6l  
E=RX^ 3+}  
Xo ,U$zE  
FSHC\8siS  
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25/M2u?  
2. 光栅配置与对准 8=WX`*-uH  
   FV5~sy  
U^d!*9R  
A*TO0L  
4C`p`AQqpQ  
>36>{b<'$*  
     gF~#M1!!  
3. 光栅级次通道的选择 "q3W&@  
 ^9 Pae
)  
Zz^!QlF  
   `c/mmS  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 7Lx=VX#]q  
+a74] H"  
1. 光栅配置和对准 _7N^<'B  
57`9{.HB  
\!s0H_RJY  
d5l].%~  
3AcCa>
 
/YD2F  
2. 基底处理 K%3{a=1  
CNrK]+>  
]C5/-J,F  
2_CJV  
3. 谐振波导光栅的角响应 uM@ve(8\  
^u$?& #  
|\J! x|xy  
fe+2U|y  
4. 谐振波导光栅的角响应 =O'>H](Q  
#Y<(7  
q#*b4q {  
   T )"Uq  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 9t_N9@  
Nj$h/P  
1. 用于超短脉冲的光栅 V J]S"  
i3U_G^8  
M}qrF~   
:WAFBK/x  
0/,Dy2h  
[hXnw'Im/  
g<jgR*TE`  
2. 设计和建模流程 EbMG9  
lWWy|r'il  
!y-,r4\@`  
wfrSI:+>  
3. 在不同的系统中光栅的交换 JQk][3Rv  
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z P=3B%$