[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。 )liNjY@  
\MmB+'f&R  
u8<Fk !  
&#~U1: 0  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 +, rm  
XC390t  
 单光栅分析 g&ba]?[A  
−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。 #a8i($k{e  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 ;D4 bxz0ou  
,s@S`KS0  
xB
w ua;  
 系统内的光栅建模 lfwBUb  
SokU9n!  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 {@-tRm&  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 )D]LPCd[  
5:EE%(g9  
)^E6VD&6  
      f|yq~3x)  
两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 N$ 2Iz  
O7,:-5h
0  
3. 系统中的光栅对准 S|IDFDn  
=_2(S6~  
5(Xq58nhxI  
 安装光栅堆栈 g^\>hjNX  
−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）。 
x_4{MD^%  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 J+hifO  
 堆栈方向 (1Jc-`  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 . vea[  
BT5~MYBl  
|B),N f|a  
$'
)Uie<!8  
5Ak>/QF9  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 ~@D!E/
hZx  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 O0mQHpi:  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 OnE~0+  
y#lg)nB  
ADA*w 1  
g8Zf("  
%BRll  
 横向位置 !
/e8x
;_  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 k~$}&O  
−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。 u$x'P <b  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 KVpQ,x&q~  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 Pj*"2 LBW#  
 通过组件定位选项。 ]#$rTWMl'  
#}'sknvM}  
~$4!C'0  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 n(Ry~Xu_  
7I{rhA  
:HN\A4=kc(  
 单光栅分析 ~T'$gl  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 uF-Rl## >  
 系统内的光栅建模 xEe3,tb'e  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 %TQ5#{Y  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 lMXLd91  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 Y2y = P  
(_~Dyvo  
K%>3ev=y.s  
]B
-3Lh  
5. 光栅级次通道选择 Pill |4c<  
0J9Ub   
to'O;f">n  
 方向 +0n,>eDjg^  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 dv\aP  
 衍射级次选择 `[.4SIah  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 Csx??T_>r  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 ,6^V)F  
 备注 s!K9-qZl<  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 ~^"s.Lsb  
TZ@S?r>^  
^9*Jz{e  
BQ77n2(@  
6. 光栅的角度响应 je~gk6}Y  
7.1FRxS  
u=!n9
W~"  
 衍射特性的相关性 Vb8{OD3PK  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 iJ~e8l0CA  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 (C8r^m|A  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） YH$whJ`W0  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 @RVj~J.A  
>U'gQS?\]  
{FNq&)#`  
P}bwEj  
示例＃1：光栅物体的成像 ;"DI)hdz  
*6P)HU@  
1. 摘要 H}&4#CQ'!  
RB/;qdqR  
a6.0$'  
'9q:gFO  
{,C
vWL  
6I$:mH
Ehd  
GxcW^{;  
2. 光栅配置与对准 ?$rHyI  
   m^ [VM&%  
3r,^is  
fIg~[VN"  
Z%O>|ozpq  
!mRDzr7  
     )1S"D~j-  
3. 光栅级次通道的选择 |+(Hia,X  
>>HC|  
SB2Ij',  
   #`{L_n
$c  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 bR;Wf5  
CaqMLi%  
1. 光栅配置和对准 qz/d6-0"  
b&Go'C{p  
Y!L<& sl   
p*S;4+>#  
:yC|Q)  
07tSXl5!  
2. 基底处理 0}y-DCuQ  

Hg;;>  
?e+$?8l[3  
/0I=?+QSo  
3. 谐振波导光栅的角响应 ZRo-=/1  
maTZNzy  
u9R:2ah&K  
b9@VD)J0E  
4. 谐振波导光栅的角响应 bv8GJ #  
X-=J7G`\h#  
o@g/,V $  
   Kw^tvRt'*  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 9,zM.g9Qv  
9 ]W4o"  
1. 用于超短脉冲的光栅 KdB9Q ;  
qo"_w%{  
@:"GgkyDl#  
Kp_^ 2V?  
D&r2k
9  
trC+Etc  
nzK"eNDN.  
2. 设计和建模流程 gELb(Y\ak  
'uOzC"_yF  
86,$ I+  
FI$#x%A  
3. 在不同的系统中光栅的交换 ,"W.A  
.}l&lj
@#  
^ M4-O~