[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。 Y$,]~Qzq  
koAc-o  
D.\p
7 NJ  
j~L{=ojz%  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 9D 0ujup  
T?%F  
 单光栅分析 {v2Q7ZO-  
−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。 UQhfR}(  
−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。 85H8`YwPh  
Z7%>O:@z  
-bE{yT)7  
 系统内的光栅建模 6BMRl%3>Z  
-4V1
s;QUZ  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 *.Kc-f4mP  
−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。 -M(:z  
h#`qEK&u  
f PDn
kr  
     rb,&i1  
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。 .Mm8\].  
&&t4G}*  
3. 系统中的光栅对准 0iHK1Pt}  
O'j;"l~H|  
NShA-G N5  
 安装光栅堆栈 VxsW3*`  
−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）。 BWQ (>Z"  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 1_yUv7uhX  
 堆栈方向 kw1PIuz4&  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 C' ny 2>uA  
:~`E@`/  
_-&Au%QNJ`  
'8dgYj  
,.F,]m=  
 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）。 JLs7[W)O  
- 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 Bz]64/  
- 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。  \
1|T  
A$%%;O   
~ZL}j+L/  
$~U_VQIA^  
/FB'  
 横向位置 N/^r9Nu  
−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。 [}+ MZ  
−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。 |\elM[G"g  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 *4WOmsj  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 fr:RiOPn  
 通过组件定位选项。 0oM~e  
^oPf>\),C  
2j(w*k q~  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 i7Y96]  
jh}[7M  
W;u~}k<  
 单光栅分析 \@tt$ m%  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 4Mnne'7  
 系统内的光栅建模 6%O"  
- 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。 O cm  
- 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。 lSQANC'  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 d}IVYI  
Xc`'i@FX  
%6*xnB
?  
JCS$Tm6y<_  
5. 光栅级次通道选择 a o\+%s  
J[]YG+r  
m#DC;(Pn  
 方向 <Gs)~T#'  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。  #*?5  
 衍射级次选择 `2Ff2D^ ?  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 aBol9`6  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 %mh K
1,  
 备注 6g( 2O[n.  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 Q
%q_  
@S<=Okrlj  
]\*g/QV  
_s<eqCBV  
6. 光栅的角度响应 m {wMzsQ  
Bd)Qz(>rw  
Q4q3M=0  
 衍射特性的相关性 #OH# &{H  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 ^;Ap-2Ww  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 > : \lDz  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） zj"J~s;?  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 j9%=8Dn.<  
RLecKw&1{3  
u;;]S!:M  
7S1 Y)  
示例＃1：光栅物体的成像 EKq9m=Ua@o  
TfVB~"&  
1. 摘要 zVJwmp^  
-=O9D-x=  
(&+ ~hW5d  
;lnh;0B  
kcM9 ,bG  
V5%B,.d:  
3[aCy4O  
2. 光栅配置与对准 q"`1cFD  
   jK3% \`o  
ZrXvR`bsw  
fqFE GyeNr  
=w_y<V4  
l 0jjLqm:  
     DRj\i6-v  
3. 光栅级次通道的选择 )z$VQ=]"  
Gb~*[  
_U%!&_m6  
   Y)g<> }F  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 8cF-kfbfZ  
95[yGO>ZYz  
1. 光栅配置和对准 _~| j~QE]  
TZ?va@2  
,]42v?  
D8C@x`  
N1zB;-0t  
x]XhWScr'  
2. 基底处理 thl{IU  
2< w/GX.  
!7P 1%/  
qun#z$  
3. 谐振波导光栅的角响应 /`?i&\C3r  
?_(0cVi  
z?Hvh  
)CYSU(YTD  
4. 谐振波导光栅的角响应 8s6[?=nM  
WojZ[j>  
a>(LFpVk}  
   M g1E1kXe  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 mc~d4<$`!  
g\OPidY  
1. 用于超短脉冲的光栅 (Lo
<3a-]  
)g(2xUk-y  
JyvXNV,  
:L&-
  
c<r`E  
aM,>LKNbQ  
%j^[%&pT  
2. 设计和建模流程 #3f\,4K5  
 # G0jMQ  
dNB56E)5`J  
qXn%c"  
3. 在不同的系统中光栅的交换 xbxU`2/  
?tQUZO  
TGY^,H>J