[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。 J:f>/  
<?52Svi}}  
52m^jT Sx  
r4JXbh6Tt  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 3{Ze>yFE  
5h1!E  
 单光栅分析 BArsj  
−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。 \qQ5x  
−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。 cAyR)Y!I  
XZcsx  
Cd'P  
 系统内的光栅建模 p$f#W  
/2>-h-zBjw  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 )oTEB#J  
−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。 w?C_LP  
D\(,:_ge  
l4U& CA y  
     D> Z>4:EM  
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。 ifTVTd7O  
Rt7}e09HV  
3. 系统中的光栅对准 ;DC0LJ  
?MKf=!w  
KblOP{I  
 安装光栅堆栈 -/x +M-X#  
−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）。 m80+b8b  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 "1%<IqpU+  
 堆栈方向 :1_hQeq  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 |r}%AN6+  
IS&`O=7  
vlyq2>TfR  
YtW#MG$f  
P|h<|Gcp  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 :m#vvH  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 `6~*kCj5  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 m6 hA,li  
enG6T  
Lom%eoH)  
FVY,CeA.  
1Dt"Rcn"4  
 横向位置 {6 #3`  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 4c2P%X( C  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 &=HM}h  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 L%B+V;<h3  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 0p2 0Rt  
 通过组件定位选项。 '0t j2  
X'kw5P!sq  
=7e8N&-nv  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 ]XPGlM  
#H!~:Xu   
/2FX"I[0V%  
 单光栅分析 ykM#EyN  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 K"}Dbr  
 系统内的光栅建模 Q~xR'G[N  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 H~ks"D1  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 T^sxR4F  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 <ht>>  
T{)!>)  
6:B5PJq  
@J
r  
5. 光栅级次通道选择 8z/^Ql  
N.64aL|1  
kk~{2  
 方向  fx;5j;  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 mceSUKI;L  
 衍射级次选择 SN]/~>/  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 qWanr7n]@  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 [w{ZP4d>  
 备注 ZzKn,+  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 sm_:M| [D  
qS2%U?S7  
=pk'a_P8-  
:lE7v~!Z  
6. 光栅的角度响应 I7uYsjh@u  
ko5\*!|:lj  
\6lXsu;I.X  
 衍射特性的相关性 vaQ,l6z .h  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 /ZzlC#`  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 .s!:p pwl  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） Xs!eV  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 <5X@r#Lz  
`2@-'/$\I|  
mD=?C  
C$tSsw?A  
示例＃1：光栅物体的成像 hV,3xrm?P  
t =*K?'ly  
1. 摘要 FdSaOod8  
cYp}$  

.H>Rqikj  
K&X'^|en  
I}q-J~s  
Gt1Up~\s  
AH7k|6ku<*  
2. 光栅配置与对准 )a}5\
V  
   9.@(&  
3jI.!xD`  
g@U#Y#b@"  
D3K`b4YV  
hD,-!R  
     ,S5#Kka~a  
3. 光栅级次通道的选择 1y@-  
?UxY4m%R;  
T9$U./69-L  
   9F-k:hD |  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 y H'\<bT  
;C
vGIp&y  
1. 光栅配置和对准 E??%)q  
|4c==7.  
eeDhTw9  
J{Ay(  
o2|(0uN'  
RasoOj$  
2. 基底处理 l6WcnJ  
P$QjDu-  
|HEw~x<=  
N\fT6#5B  
3. 谐振波导光栅的角响应 *Q>:|F[vM  
C:K\-P9  
U<t-LF3  
t#q>U%!  
4. 谐振波导光栅的角响应 <oO,CXF  
W"*R#:Q  
ZX0c_Mk=  
   m7"f6zSo(  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 kmoJ`W} N  
q>[% C5  
1. 用于超短脉冲的光栅 \PFx# :-c  
${+.1"/[  
vhHMxOZ;  
i#lo?\PO>  
J4vKfxEg  
uaKB  
2tv40(M:<  
2. 设计和建模流程 sfV.X:ev  
Z C93C7lJ  
.#@Dn(  
d0B+syl&4l  
3. 在不同的系统中光栅的交换 W~tOH=9>  
!7oy%{L  
vo$66A