[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。 -~QlHp&SY  
Vvxc8v:  
31 KDeFg  
v*vub#wP  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 *!-}lc^4  
8eg2o$k_,#  
 单光栅分析 E9~&f^f  
−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。 $i1>?pb3
 
−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。 Xm_Ub>N5  
<8F->k1"3  
_*OaiEL+:  
 系统内的光栅建模 |THkS@Br  
/NPl2\o.  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 B1 jH.(  
−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。 ^*$WZMMJ1  
ND)M3qp2(  
HQ-N!pf9  
     cG~_EX$  
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。 A;/Xt  
"9MX,}X*  
3. 系统中的光栅对准 J8`1V`$  
4nVO.Ud0$X  
;&7qw69k  
 安装光栅堆栈 <uWJ>sg^6  
−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）。 (AyRs7Dkn  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 +E""8kW- Z  
 堆栈方向 9fr&Yb=_o@  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 g:@Cg.q8  
b_)QBE9  
S%a}ip&  
6 ^6uK  
]%ZjD  
 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）。 5jj57j"  
- 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 A-@-?AR  
- 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。 rsq'60  
MOH,'@&6^  
unbcz{&Hb[  
XH_qA[=c]  
/ab K/8ZQ  
 横向位置
$)i"[  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 SbQ{ >  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 v~W6y
jp  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 fu7[8R"{  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 MZhJ,km)  
 通过组件定位选项。 :jN;l  
M\$<g  
 # 8-P  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 Q%b46"  
CsQ}P)  
'DB({s  
 单光栅分析 7u&H*e7  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 3`C3+  
 系统内的光栅建模
z<C~DH  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 iaq:5||,  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 8mQd*GGu1  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 2[bR6 T89  
?),K=E+=U  
R}=]UOqH-  
fh5^Gd~  
5. 光栅级次通道选择 :[$i~V  
l<+,(E=  
'rcsK  
 方向 GQc%
OQc\  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 rO2PbF3  
 衍射级次选择 &`9bGO
  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 LnACce ?b  
- 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。 =K&q;;h  
 备注 j(2tbW
g9-  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 hJtghG6v  
jind!@}!  
e1Z;\U$&.  
61 HqBa  
6. 光栅的角度响应 kv`3Y0R-"  
)-7(Hv
1  
ZpP6Q  
 衍射特性的相关性 c9TkIe  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 U
1@P/  
- 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。 z8MpE  
- 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） m0K2p~  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 dIe 6:s  
"Mu$3w  
l'X?S(fiV  
_[6+FdS],  
示例＃1：光栅物体的成像 'J<zVD}0  
~s^6Q#Z9|  
1. 摘要 m+JGe5fR<  
?F:C!_  
P<w>1 =  
.M#>@~XR  
Vf* B1Zb  
pLFL6\{g  
K%~Kg9  
2. 光栅配置与对准 `[R:L.H1  
   r_2VExk  
kO O~%|1CP  
w+ )GM  
P) 0=@{(  
;{#M  
     ?>Ci`XlLr  
3. 光栅级次通道的选择 pPqbD}p  
XT;IEZQZ  
dXy"yQ>{  
   BB}iBf I'  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 `E%d
$
 
oML K!]a  
1. 光栅配置和对准 MhXm-<4  

A&|(%  
o]k]pNO  
rAi!'vIE  
[75e\=wK  
k{$"-3ed  
2. 基底处理 p~VW3u]  
Q? |MBTo  
bSKV|z/x  
Y  .X-8  
3. 谐振波导光栅的角响应 vG=$
UUh@~  
P=hf/jOv9  
fpC@3itI  
8c'-eT"  
4. 谐振波导光栅的角响应 K":tr~V;  
9S`b7U=P  
|0Ug~jKU  
   Nd!=3W5?  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 [\y>&"uk  
<{~UKi  
1. 用于超短脉冲的光栅 <Gt{(is  
246!\zf  
?DTP-#5Ba  
'cCj@bZ9X  
bGLp
0\0[  
G~j<I/)"  
J:!Gf^/)  
2. 设计和建模流程 Z4tq&^ :c=  
Q ?<9  
}Bg<Fm  
[Cr~gd+q  
3. 在不同的系统中光栅的交换 --hnv/AjI  
>dH*FZ:c  
\?IwR]@y