[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。 t/LQ|/xo  
?Ko)AP  
F]\(p=U.  
j|TcmZGO  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 [U
Ro#  
)4>M<BO  
 单光栅分析 0m$f9b|Q?  
−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。 u~7m
H  
−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。 sxIvL7jl  

F0W4B  
9&fS<Hk  
 系统内的光栅建模 0m7ANqE[Z  
2%i_SX[  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 2W:R{dHE  
−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。 kg?[  
z^$DXl@)h  
O|=5+X  
     xDv$z.=Y  
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。 DW&%"$2  
c[J(H,mt/  
3. 系统中的光栅对准 P&"8R  
7Vd"k;:X  
r:lv[/D  
 安装光栅堆栈 jh0``{  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 NFw7g&1;Kp  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 EjW3_ %  
 堆栈方向 <0T5W#H`D  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 )Kkw$aQI"d  
(? j $n?p  
g"aWt% P  
<qjNX-|  
`!WtKqr%B  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 P,U$ X+  
- 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 qpzzk9ba[  
- 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。 cO/%;HEV  
gsFyZ  
1.*VliY  
G<n(\85X  
n+1!/H=d  
 横向位置 VWDXEa9  
−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。 DT *'
r;  
−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。 ^'>kZ^w0  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 "zFv?ay  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 Cq\1t  
 通过组件定位选项。 :j_OO5b!  
-5;Kyio  
/Iht,@%E  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 bW03m_<M<1  
 .>?h  
o zg%-  
 单光栅分析 !_EL{/ko  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 >Y,
3EI\  
 系统内的光栅建模 .x\fPjB  
- 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。 '](4g/%  
- 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。 ]gHxvT\E  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 EC9D.afy&  
4Uz1~AuNxb  
lS1-e0,h1  
6G2s^P1Dl@  
5. 光栅级次通道选择 qkQ_#  
CUJP"u>8M  
~q0g7?}&  
 方向 Xc)V;1  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 BCnf'0q  
 衍射级次选择 r*$$82s  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 ttQX3rmF01  
- 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。 MtE18m"z  
 备注 C-25\  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 [f`^+,U  
K&1o!<|  
?naPti1GX  
b _Q:v
&  
6. 光栅的角度响应 gFO|)I N  
H<tk/\C  
_`RzPIS^  
 衍射特性的相关性 }m '= _u  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 g~q+a-  
- 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。
/JP]5M)   
- 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） x0t&hY>P!  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 \Xy]z  
1|K>V;C  
ZHPsGHA  
&!)F0PN:u  
示例＃1：光栅物体的成像 mX@Un9k  
G`!ff  
1. 摘要 Ub1?dk  
@\~qXz{6J  
,.# SEv5  
XBJ9"G5  
B_f0-nKP  
qg7] YT&  
?(8z O"  
2. 光栅配置与对准 >z=_V|^$  
   `i{k^Q  
R'E8>ee;^  
m~K[+P  
{d|R67~V  
doR'E=Z4h  
     'WqSHb7  
3. 光栅级次通道的选择 ^RN1?dXA  
DNgQ.lV  
4SG22$7W  
   !U02>X   
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 )B d`N^k+  
,v"/3Ff{,  
1. 光栅配置和对准 ^V^In-[!y:  
WY@x2bBi  
X,- ' v[z  
dEXHd@"H  
cz_4cMgxu  
qZ!1>`B  
2. 基底处理 r#{r]q_E*  
T[$Sbz`  
(xU+Y1*g"%  
oz}p]l7  
3. 谐振波导光栅的角响应 &`7~vA&c  
_/[n/"gn  
=goZI67  
fgxsC7P$  
4. 谐振波导光栅的角响应 0XlX7Sk+  
[7Nn%eZC  
;F&wGe  
   ~L(_q]  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 uTJi }4cw  
UT[9ER
S  
1. 用于超短脉冲的光栅 [5%/{W,~m  
< %Qw dEO  
` n{rzenPX  
dE5DH~ldV  
!2x"'o  
Vvx(7p-GQ  
M3Kpp_d_!  
2. 设计和建模流程 v)JQb-<  
TGLkwXOkT  
,8uu,,c  
<.3@-z>w2,  
3. 在不同的系统中光栅的交换 hoC}@8_  
@];#4O  
xsRMF&8L