[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。 uGc}^a2  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 D19uI&U4  
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 单光栅分析 o*I=6`j  
−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。 E;D9S  
−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。 ~;il{ym  
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QF'N8Kla  
 系统内的光栅建模 LurBqr  
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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。 [)#,~L3  
−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。  ];Bh1  

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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。 PRWS[2[yk  
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3. 系统中的光栅对准 gI'4g ZH  
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 安装光栅堆栈 /*`u(d2g  
−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）。 <8+.v6DCd  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 FJp~8 x=  
 堆栈方向 l`~*"4|/  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 vv"_u=H  
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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）。 NK$k9,  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 2u*o/L+  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 *(PGLYK  
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 横向位置 (
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−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 >ys>Q)  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。
Ym8G=KA  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 bezT\F/\  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 @vCPX=c  
 通过组件定位选项。 U_wn/wcLS  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 fOdkzD,  
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 单光栅分析 ic%<
39  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 6p1\#6#@  
 系统内的光栅建模 \=kH7 !  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 B-@6m  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 2+s_*zM-  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 qb]n{b2  
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5. 光栅级次通道选择
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\ExM.T  
J{ P<^<m_  
 方向 >8"oO[U5>  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 C\ZL*,%}  
 衍射级次选择 TUw^KSa  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 #5wOgOv  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 eB%KXPhMm  
 备注 ] QGYEjW  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 .0:BgM  
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{0nZ;1,m  
6. 光栅的角度响应 XI} C|]#  
jrbEJ.  
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 衍射特性的相关性 n (7m  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 J;W(}"cFq  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 gbsRf&4h  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） #=V%S 2~  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 I?YT
X  
W=c7>s0>  
4v_?i@,L  
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示例＃1：光栅物体的成像 Y9Q-<~\z  
nfJ|&'T  
1. 摘要 ZM K"3c9  
L$=@j_V2  
(o~f6pNB,  
1L]7*NJe  
g]EDL<b  
)xX(Et6+`  
6F6[w?   
2. 光栅配置与对准 3$ cDC8  
   %Koc^ pb)  
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a/;u:"  
o,[~7N  
w$n\`rQ  
     $e&( ncM  
3. 光栅级次通道的选择 ,DK|jf  
SweaERl  

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   ^.5L\  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 )67_yHW  
!%5ae82~3  
1. 光栅配置和对准 @'C f<wns  
* t6XU  
%
y)5:]  
8J{I6nPF  
*Dtwr  
+(0Fab8g  
2. 基底处理 ]as_7  
F]]np&UV.  
Ja>UcE29  
T=35?   
3. 谐振波导光栅的角响应 E{kh)-  
iwWy]V m7  
jY EB`&  
EF=.L{  
4. 谐振波导光栅的角响应 ^
wPKqu)^  
'\\dh  
RBIf6oxdE  
   P1;T-.X~&  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 -FytkM^]6  
^'.=&@i-  
1. 用于超短脉冲的光栅 ,C2qP3yg  
mt3j- Mw  
b/Y9fQn  
?P@fV'Jo  
K&0op 4&  
:_JZn`Cab  
<9 lZ%j;  
2. 设计和建模流程 WJ=DTON
 
1{4d)z UB  
LuY`mi  
s,m+q)  
3. 在不同的系统中光栅的交换 biG=4?Xl  
wNL!T6"G  
ljVtFm<