[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。 SLZv`  
H${Ym BG  
Re,0RM
\  
(}]74Lc  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 ~x>IN1Vci  
8v(Xr}q,r  
 单光栅分析 L{ .r8wSrI  
−通过主窗口“光栅”菜单，可以进入仅针对光栅的特殊评估环境。 c.jnPVf:  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 B(b[
Dbb  
o&I0*~sN  
9DPf2`*$  
 系统内的光栅建模 ho^1T3  
@A$%baH0  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 q@Q|oB0W$)  
−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。 LnR3C:NO k  
t*Lo;]P  
!.3 MtXr  
     S2j7(T;~YB  
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。 L~vNW6#W  
(m.]0v*&c  
3. 系统中的光栅对准 oqE h_[.  
@,zBZNX y  
j-yD;N  
 安装光栅堆栈 a$9UUH-|  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 ,9W0fm\t  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 <-FZ-asem  
 堆栈方向 %!YsSk,  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 7g(rJGjtg  
Wy4v~]xd%  
HJ_xg6.x  
73N%_8DH  
7d'@Z2%J0  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 ^Ko0zz|R/  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 <NS=<'U  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 w8{deSdfP  
Vvv -f  
E 8,53$  
U76:F?MH  
C-4I e  
 横向位置 |,}QhR  
−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。 XV+BSW7}  
−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。 K8e>sU.  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 GI6 EZ}.MZ  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 \a|gzC1
G  
 通过组件定位选项。 Q^0K8>G^  
j}h50*6KO  
?:H9xJ_^  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 5HOhk"  
(y(V,kXwa8  
i37W^9 R  
 单光栅分析 =YPWt>\a}  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 ym,S/Uz  
 系统内的光栅建模 pRt )B`#  
- 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。 RsrZ1dhPvV  
- 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。 _VY]  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 sy>Pn  
1u&P,&T  
&;%+Hduc  
cl)MI,/>  
5. 光栅级次通道选择 g:f0K2)\r:  
gvsS:4N"Nq  
oD"fRBS+$  
 方向 Uhg[#TUK  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 IP{Cj
=  
 衍射级次选择 R@"N{ [9  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 m=y6E, _  
- 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。 *23
  
 备注 ODEy2).  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 `_<AZ{&&  
;7 IVg[f  
6] <?+#uQ  
/Ee0S8!Z!1  
6. 光栅的角度响应 (& ~`!]  
^g~-$t<!  
poXkH@[O  
 衍射特性的相关性 {]Lc]4J  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 =Oo*7|Z  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 LO` (V  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） *>\RGL;]8  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 ytAhhwN~  
kdWi!Hp  
w#JF7;  
2\s-4H| q  
示例＃1：光栅物体的成像 9&2kuLp?P  
8#kFS@  
1. 摘要 QQrvT,]  
uO":\<1#  
O+'Pq,hn  
71)HxC[6vA  
"bw4{pa+  
071wo7  
<|m"Q!f  
2. 光栅配置与对准 EoOrA@N  
   KNK0w5  
hcN$p2-  
 gu"Agct4  
LW2Sko?Yo  
xJO[pT v  
     :X;8$.z  
3. 光栅级次通道的选择 _xmM~q[c7p  
8fDnDA.e  
S++}kR);  
   (:hPT-1  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 #z5'5|3  
wS:323 !l$  
1. 光栅配置和对准 f'#7i@Je  
bAW;2 NB  
_$, .NK,6  
/}M@MbGMM  
yV`!Fq 1k  
[IHT)%>E8&  
2. 基底处理 >\@6i s  
7p~@S4  
.Q?AzU,2D  
y2<g
96  
3. 谐振波导光栅的角响应 ^K;,,s;0  
35c9c(A  
$?'z%a{  
t[^}/ S  
4. 谐振波导光栅的角响应 qA03EU  
.JH3,L"S^  
5g/WQo\  
   xXHz)w  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 2o/AH \=2  
Y$'fds4P  
1. 用于超短脉冲的光栅 S&]JY  
m_St"`6 .  
r_R|.fl
<[  
 -EITz  
5M*ZZ+YX  
/#Ew{RvW'  
J.El&Dev  
2. 设计和建模流程 A$^}zP'u0<  
KiCZEA  
HeF[H\a<  
EJL45R>  
3. 在不同的系统中光栅的交换 SX*os$  
{_Ke'" k  
hBN!!a|l