1. 摘要

光柵是當(dāng)前光學(xué)中最常用的衍射光學(xué)元件。如今已常用于復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)，與其他組件協(xié)同作用。因此，迫切需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的光柵進(jìn)行分析，從而評(píng)估系統(tǒng)的性能。我們將通過(guò)實(shí)例說(shuō)明如何在VirtualLab Fusion對(duì)系統(tǒng)中的光柵建模。并將對(duì)光柵的對(duì)準(zhǔn)、光柵級(jí)次通道設(shè)置以及光柵角度響應(yīng)等問(wèn)題進(jìn)行討論。

 

2. VirtualLab Fusion中的光柵建模——概述

 

? 單光柵分析

?通過(guò)主窗口“光柵”菜單，可以進(jìn)入僅針對(duì)光柵的特殊評(píng)估環(huán)境。

?它有助于分析和可視化光柵的衍射特性，例如衍射角度和效率。

 

? 系統(tǒng)內(nèi)的光柵建模

?在常規(guī)光學(xué)設(shè)置中，可以將光柵組件插入系統(tǒng)的任何位置。

?這樣可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的光柵進(jìn)行建模，從而在考慮光柵可能產(chǎn)生的影響的情況下評(píng)估系統(tǒng)性能。

 

 

兩種建模方法通?？梢砸黄鹗褂茫缦葍?yōu)化光柵結(jié)構(gòu)本身，然后將其插入系統(tǒng)。

 

3. 系統(tǒng)中的光柵對(duì)準(zhǔn)

 

? 安裝光柵堆棧

?為了描述系統(tǒng)內(nèi)的光柵，光柵堆棧始終固定在參考表面上（僅平面）。

?參考面在3D系統(tǒng)視圖中可視化，并有助于對(duì)齊光柵。

? 堆棧方向

?可以在參考表面的正面或背面安裝光柵堆棧

? 安裝光柵堆棧

- 為了描述系統(tǒng)內(nèi)的光柵，光柵堆棧始終固定在參考表面上（僅平面）。

- 參考面在3D系統(tǒng)視圖中可視化，并有助于對(duì)齊光柵。

? 堆棧方向

- 可以在參考表面的正面或背面安裝光柵堆棧。

- 更改此選項(xiàng)時(shí)，必須注意嵌入介質(zhì)設(shè)置。

 

? 橫向位置

?對(duì)系統(tǒng)中的一般場(chǎng)與光柵的相互作用進(jìn)行建模時(shí)，必須考慮光柵的橫向位置。

?例如，激光束（緊密地）聚焦在線性光柵的帶狀結(jié)構(gòu)或者氣隙上，效果可能會(huì)大不相同。

?光柵的橫向位置可通過(guò)一下選項(xiàng)調(diào)節(jié)

? 在堆棧設(shè)置中（不同光柵選項(xiàng)可能有所不同）或

? 通過(guò)組件定位選項(xiàng)。

4. 基底、菲涅耳損耗和衍射角的處理

 

? 單光柵分析

- 通常，衍射效率的計(jì)算通常忽略基底的影響。

? 系統(tǒng)內(nèi)的光柵建模

- 但是，任何現(xiàn)實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)都放置在基底上，使用平面組件及它們之間的自由空間對(duì)其進(jìn)行建模。

- 平面建?？紤]了菲涅耳損耗，但不與光柵疊層的FMM計(jì)算耦合。

- 它還有助于處理不同介質(zhì)中的衍射角。

 

5. 光柵級(jí)次通道選擇

 

? 方向

- 輸入場(chǎng)可從正面或背面照射光柵，并可反射或透射。

? 衍射級(jí)次選擇

- 對(duì)于方向組合，可能會(huì)有多個(gè)衍射級(jí)。

- 并非總是需要考慮所有衍射級(jí)，建議僅使用感興趣的衍射級(jí)。

? 備注

- 在FMM計(jì)算中，光柵級(jí)次通道的選擇對(duì)衍射級(jí)次數(shù)沒(méi)有影響

 

6. 光柵的角度響應(yīng)

 

? 衍射特性的相關(guān)性

- 對(duì)于給定的光柵，其衍射特性與入射場(chǎng)相關(guān)。

- 對(duì)于不同的波長(zhǎng)/偏振，衍射效率也不同，并且對(duì)于不同的入射角，衍射效率也不相同。

- 為了解決與角度有關(guān)的衍射行為，可能需要指定k域中的采樣點(diǎn)（等效于角度空間）

- 對(duì)于給定的輸入場(chǎng)，VirtualLab Fusion自動(dòng)確定角度范圍。

 

示例＃1：光柵物體的成像

 

1. 摘要

→ 查看完整應(yīng)用使用案例

 

2. 光柵配置與對(duì)準(zhǔn)

  

 

3. 光柵級(jí)次通道的選擇

  

示例2：波導(dǎo)諧振光柵的角靈敏度測(cè)試

 

1. 光柵配置和對(duì)準(zhǔn)

→ 查看完整應(yīng)用使用案例

 

2. 基底處理

 

3. 諧振波導(dǎo)光柵的角響應(yīng)

 

4. 諧振波導(dǎo)光柵的角響應(yīng)

  

示例3：超短脈沖系統(tǒng)中偏振無(wú)關(guān)光柵的設(shè)計(jì)及其用法

 

1. 用于超短脈沖的光柵

→ 查看完整應(yīng)用使用案例

 

2. 設(shè)計(jì)和建模流程

 

3. 在不同的系統(tǒng)中光柵的交換

 

文件信息

 

進(jìn)一步閱讀

- Configuration of Grating Structures by Using Interfaces

- Configuration of Grating Structures by Using Special Media

- VirtualLab Fusion Technology – FMM / RCWA [S-Matrix]