[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。 {![
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 rA_r$X  
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 单光栅分析 $:DL+E-}  
−通过主窗口“光栅”菜单，可以进入仅针对光栅的特殊评估环境。 L(`q3>iC4.  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 {;UBW7{  
.d)H2X  
WIwGw%_~  
 系统内的光栅建模 aI\>=*HF  
|>I4(''}  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 [S`Fm>,  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 ).C>>1ZC  
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两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 <l9qhqHv&  
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3. 系统中的光栅对准 R&R{I/;i*.  
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 安装光栅堆栈 ORV'dr  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 `p^xdj}  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 9VTE?,  
 堆栈方向 E[_-s  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 v[y|E;B  
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 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 .Wci@5:3  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 ZZ;V5o6E  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 oakm{I|k}  
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hm=b  
 横向位置 w~9=6|_  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 POUD*(DqNK  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 ?#;zB  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 |a Ht6F  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 !g-19at  
 通过组件定位选项。 {~d8
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 O/Wc@Ln  
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TBqJ.a  
 单光栅分析 cvf#^Cu   
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 Bx&wS|-)D  
 系统内的光栅建模 {YgB?kt5  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 9Lxj ]W2^  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 x-{awP  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 3~!PJI1  
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Ic~F^  
#(NkbJ5ka  
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Ua  
5. 光栅级次通道选择 XmoS$/#"  
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FPPGf!Eq  
 方向 _7zER6#}  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 (yel  
 衍射级次选择 8.Ty ,7Z  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 ]jS+ItL@  
- 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。 ojH-;|f  
 备注 xem:#>&r  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 .<`Rq'  
_,4f z(  
l0$ +)FKd  
;0VE*  
6. 光栅的角度响应 =p)Wxk  
r'q9N  
WV"{oED  
 衍射特性的相关性 LJMw-#61sj  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 [sY>ac  
- 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。 GxGZxf*(  
- 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） ukSi9| 1-,  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 )LwB  
 :RW0<  
d(L u|/~  
b&Sk./ J6  
示例＃1：光栅物体的成像 |f~p3KCfV  
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1. 摘要 q*<Df=+B  
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)nS;]7pB@  
bd2"k;H<o  
/tf}8d  
f,Sybf/uHh  
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2. 光栅配置与对准 >i4UU0m  
   -_ [Z5%B  
$vdGkz@6  
HzT"{N9  
SA|f1R2uS  
4 |N&Y  
     )A['+s  
3. 光栅级次通道的选择 vF;%#P  
m4*Rr  
(yAQm pp  
   LRv-q{jP;  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 HQ+:0"B  
w8(qiU  
1. 光栅配置和对准 ]v 6u
  
kG+CT  
M#d_kDMw  
lYeot8  
mD)_quz.sk  
\,E;b{PQo6  
2. 基底处理 3e:"tus~  
8lt P)K4  
H>`?S{J  
:D?%!Q 0  
3. 谐振波导光栅的角响应 a$FELlMv  
-[x^z5Ee`  
>'8.>f  
;/SM^&Y  
4. 谐振波导光栅的角响应 /"Om-DK%  
1z$;>+g<  
jpaY:fcF  
   |9!3{3  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 OlFls 8#>  
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1  
1. 用于超短脉冲的光栅 PS@` =Z  
#Qy*zU#9  
s%J|r{F6  
`96:Z-!}  
kkFE9:[-c&  
l<{]%=Qg  
NJ7N*  
2. 设计和建模流程 \A5cM\-  
p(~>u'c  
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3. 在不同的系统中光栅的交换 ?ae:
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