[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。 3E|;r _; 8  
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 Jt=>-Spj  
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 单光栅分析 i?>Hr|  
−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。 gGbI3^r#  
−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。 r*d Q5 _  
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G11cNr>*  
 系统内的光栅建模 Q_}n%P:u  
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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。 \y~)jq:d"  
−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。 'lQ
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     ,}7_[b)&V  
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。 Je~p%m#e;K  
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3. 系统中的光栅对准 =J3`@9;  
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 安装光栅堆栈 K%2I
  
−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）。 w2Kq(^?  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 Xw(3j)xQ  
 堆栈方向 /0\QL+^!  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 BE4\U_]a3  
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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）。 Q X):T#^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 gz\j('~-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。 b%<jUY  
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 横向位置 n)CH^WHL&  
−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。 ZbyG*5iq  
−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。 E{oB2;P  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 I}%mfojC  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 sD2Qm  
 通过组件定位选项。 *-7fa0<  
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 @>Ek'~m  
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 单光栅分析 PL!tk^;6-  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 o@',YF>OQ  
 系统内的光栅建模 `\e'K56W6  
- 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。 *vD/(&pQ1:  
- 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<m Q,,j  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 SZE`J:w  
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5. 光栅级次通道选择 2_I+mQ  
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Q=>MOB-  
 方向 > XZg@?Iw  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 &gJW6<  
 衍射级次选择 d}pGeU'  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 *.,8,e8Vq  
- 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。 IY~ {)X  
 备注 aYR\<02  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 hsz$S:am  
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6. 光栅的角度响应 03] r*\  
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O/nqNQ?<  
 衍射特性的相关性 ,A^L=+  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 _
3I3AG0e  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 EO"=\C,  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） 2-PI JO  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 Ag<4r  
?'T"?b<  
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$=7H1 w  
示例＃1：光栅物体的成像 +6uOg,;  
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1. 摘要 RlPjki"M
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FV`3,NFk  
FU^Y{sbDg  
#T Z!#,q  
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2. 光栅配置与对准 rffVfw  
   ER/\ +Z#Z  
Qa>%[jx,@,  
Mp!2`4rD  
oJhEHx[f  
#cR57=M}  
     :U7;M}0
 
3. 光栅级次通道的选择 ='KPT1dW*  
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UzXDi#Ky  
   4
GEjW4E  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 <<i=+ed8eP  
t!NrB X  
1. 光栅配置和对准 %`bLmfm  
B[C7G7<B  
jc3ExOH  
hg(KNvl  
9c#L{in  
"X\q%%P=?  
2. 基底处理 bDxPgb7N=  
\ro~-n+o  
h]G6~TYI5  
:k Rv  
3. 谐振波导光栅的角响应 A;K{&x  
FA5k45wL  
QSO5 z2|  
KB$ vQ@N  
4. 谐振波导光栅的角响应 +# m  
c }g$1of87  
`PXoJ
l  
   @`#OC#  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 DK2c]i^|=  
<e@I1iL37y  
1. 用于超短脉冲的光栅 Fo--PtY`p  
2n<qAl$t  
FZ;YvdX6  
j(wY/Hl  
:/I={)5  
`K1PGibV  
_Eet2;9  
2. 设计和建模流程 e!O &~#'h}  
9 ayH:;  
O:5ldI  
pZNlcB[Qn-  
3. 在不同的系统中光栅的交换 C{lB/F/|!  
x`&P}4v0  
'eTpcrS3