[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。 Yw-G'  
q<M2,YrbAI  
hIT+gnhh  
79;<_(Y  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 $&=S#_HQS  
Hm*/C4B`  
 单光栅分析 uA<
n  
−通过主窗口“光栅”菜单，可以进入仅针对光栅的特殊评估环境。 |p,P46I  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 m;,N)<~  
1jcouD5?H  
FYpzQ6s~  
 系统内的光栅建模 s%W C/ZK  
~A\G
T$  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 fb~ytl<  
−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。 J\b^)  
1eF3`  
tS6qWtE  
     %%[LKSTb  
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。 I`!<9OTBj  
LcTP#
 
3. 系统中的光栅对准 )P sY($ &  
<J`0  
GB=X5<;  
 安装光栅堆栈 M<v%CawS  
−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）。 9w7n1k.  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 n"c[,k+R`U  
 堆栈方向 ]Gsv0Xk1  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 %iQD /iT5  
{ttysQ-  
yd d7I&$  
JkbQyn  
=%TWX[w  
 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）。 .[I
Cx  
- 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 D9H?:pmv?  
- 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。 ^'PWI{ O  
m+]K;}.}R  
V@g'#={r  
cQ R]le%(  
VAHh~Q6 ;e  
 横向位置 a.k.n<  
−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。 b gK}-EU  
−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。 s Z].8.  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 yPb"V  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 VY7[)  
 通过组件定位选项。 Yi.N&&o  
I&x=;   
[1Qo#w1  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 inMA:x}cF1  
fHx*e'eA  
ek*rp`y]  
 单光栅分析 Q+{xZ'o"Z  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 t-tg-<  
 系统内的光栅建模 _@ qjV~%Sy  
- 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。 *0Skd  
- 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。 r@H /kD  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 _-K2/6zy  
TNe l/  
)q8pk2  
0ypNUG}   
5. 光栅级次通道选择 &5B'nk"  
65J
F`]  
}C"%p8=HM  
 方向 s<<ooycBrQ  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 z]_wjYn Z  
 衍射级次选择 ^@s1Z7  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 *av<E  
- 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。 iL-(O;n  
 备注 *&^Pj%DX  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 R'as0 u\  
BYL)nCc  
,~N/- 5  
On9A U:\  
6. 光栅的角度响应 4DI8s4fi  
2lH&  
nv|NQ Tk  
 衍射特性的相关性 |6sp/38#p  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 >* f-Wde  
- 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。 Tztu}t]N  
- 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） U)]oO  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 -P$PAg5"2  
@<hb6bo,N
 
N2^=E1|_  
'T*&'RQr  
示例＃1：光栅物体的成像 _7Ju  
/|6N*>l)y  
1. 摘要 S6Q  
p_gm3Q  
24 'J  
XPXIg  
r= `Jn6@  
_Eo[7V{NY  
\
h/H#jZJ  
2. 光栅配置与对准 )0]'QLH  
  
MS~(D.@ZS  
RLjc&WhzXu  
iy.p n  
i+ ?^8#  
gV's=c
Q  
     =7=]{Cx[  
3. 光栅级次通道的选择 F]O`3e=!  
C2kPMB=Xo  
t\dN DS  
   @Md/Q~>  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 w3ResQ   
~g]Vw4pv  
1. 光栅配置和对准 e'NJnPO  
0*3R=7_},o  
_`j7clEz  
{UI+$/v#  
E4jNA}3k+  
sUO`uqZV  
2. 基底处理 reu*53r]  
UcHJR"M~c  
YoNDf39
 
i>`%TW:g  
3. 谐振波导光栅的角响应 4SxX3Fw  
AO4U}?  
kiaw4_  
q6luUx,@m  
4. 谐振波导光栅的角响应 s2V:cMXFn  
(mpNcOY<D  
$bR~+C  
   Dcgo%F-W  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 m+[Ux{$  
)qw&%sO +  
1. 用于超短脉冲的光栅 Ynj,pl  
&K#M*B,*p  
~qKY) "gG  
K($Npuu]  
:P~6~ Kum  
JX;G
<lev  
*w\W/Y  
2. 设计和建模流程 <iC(`J$D  
z>Y-fN`,  
N=}A Z{$  
%5n_ p^xp  
3. 在不同的系统中光栅的交换 kgP0x-Ap  
e
 X|m  
*]) `z8Ox