[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。 2Gh
&
h(  
YD;G+"n?T  
nF B]#LLv  
f@[qS7ok  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 $*;`$5.x^  
eG7Yyz+t$  
 单光栅分析 _\na9T~g  
−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。 X,{ 3_  
−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。 S$ffTdRz  
2Qt!JXC  
E!_3?:[S_  
 系统内的光栅建模 "VDMO^  
u'nQC*iJb  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 yzT4D>1,  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 i
X[g  
.,20_<j%=  
k!Q{u2  
     IC?(F]$%>  
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。 Yt?]0i+  
"9 f
+F  
3. 系统中的光栅对准 *YSRZvD<\  
bQ(-M:  
3)yL#hXg)  
 安装光栅堆栈 `/^ _W <  
−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）。 gB
~^dv {  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 PD&gC88
  
 堆栈方向 sn"z'=ch  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 7Ja*T@ !h  
W.NZ%~|+e/  
}wkY`"  
MqJ5|C.q  
sQe GT)/|  
 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）。 z;!"i~fFK  
- 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 { :1XN  
- 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。 'qvj[lpGr  
-Caj>K  
&O^-,n  
^Kg n:l  
5VJe6i9;  
 横向位置 iGkysU<wcp  
−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。 4hODpIF  
−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。 > K?OsvX  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 8xg^="OJ  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 vFB^h1k~.M  
 通过组件定位选项。 ypyKRsx  
#=={h?UDT  
[orL.D]  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 "i\#L`TkzX  
MM_:2 ^P)  
),-gy~  
 单光栅分析 z}B39L  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 N-]/MB8  
 系统内的光栅建模 e"52'zAV-  
- 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。 (6Od
  
- 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。 *67K_<bp]  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 >W;NMcN~  
]jFl?LA%7  
4A6Yl6\Y
 
c~?Zmdn:  
5. 光栅级次通道选择 q;")  
(Xcy/QT  
{BT/P!  
 方向 XIbZ_G^ +D  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 RGE(#   
 衍射级次选择 avL_>7q
 
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 JD~;.3$/k  
- 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。 Z sTtSM\Ac  
 备注 4]uj+J  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 uTxa5j  
/rnI"ze`  
kB> ~Tb0  
=y4dR#R(\  
6. 光栅的角度响应 L_
NiU;cr%  
`X}:(O^GO  
1XMR7liE  
 衍射特性的相关性 m&Mupl  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 dy&UF,l6  
- 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。 $KO2+^%y  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） w_xca(  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 odsFgh  
:Ko6.|  
q.VYPkEib  
u]};QR  
示例＃1：光栅物体的成像 AO$AT_s  
a+E&{pV  
1. 摘要 &~ y)b`r  
kkF)Tro\  
>sfg`4  
{P]C>  
6:]N%  
X,7y|tb  
&)%+DUV|  
2. 光栅配置与对准 S{
rltT-  
   .h7s.p?  
CwA_jOp  
2gPqB*H  
[|DKBJ  
.B# .   
     fkBL`[v)4  
3. 光栅级次通道的选择 6<._^hyq  
MC}t8L=  
i#]e&Bru5  
   '4[=*!hs!  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 l@4_D;b3o"  
Xv8-<Ks  
1. 光栅配置和对准 I6W`y
h`I)  
_\ToA9m  
&X$T "Dp  
3/kT'r  
QPJ\Iu@D$  
/SD}`GxH  
2. 基底处理 9=%zdz2_S  
G<;~nAo?f0  
J:L+q}A  
$;qi-K3j  
3. 谐振波导光栅的角响应 tnRf!A;m  
Je
1d|1!3  

`Y#At3{  
)/H;5 cn  
4. 谐振波导光栅的角响应 r]DiB:.  
`@~e<s`j  
E.oJ[;  
   {ez$kz  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 <v_=k],W  
0bg
"Q4  
1. 用于超短脉冲的光栅 M"~jNe|  
t'eqk#rq  
ti\ ${C3  
MtLWpi u@[  
gg'1q3OjM  
2/LSB8n|  
Z2%HQL2  
2. 设计和建模流程 m[9.'@ye  
"O&93#8  
rFRcK>X\L  
M!UTqf7XL  
3. 在不同的系统中光栅的交换 mmAm@/  
Xn6#q3;^|  
Ys"wG B>