[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。 JG$J,!.\  
G->@  
5Wjp_^!e  
`2+52q<FO  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 "lAS <dq  
8zv6Mx  
 单光栅分析 NV~i4R*#  
−通过主窗口“光栅”菜单，可以进入仅针对光栅的特殊评估环境。 [^P2Kn  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 D~);:}}>  
ioQlC4Y  
ou4?`JF)-  
 系统内的光栅建模 %gB0D8,vo  
eHIC'b.  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 KL{uhb0f  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 ,X):2_m  
~)(Dm+vZ  
s47"JKf"  
     l0)6[yXK  
两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 w%na n=  
6YbSzx`?k  
3. 系统中的光栅对准 &KwtvUN{  
h
{9pr  
e70*y'1fu  
 安装光栅堆栈 KO7cZME  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 P]^] T}5  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 HX^ P9jXT  
 堆栈方向 v-@@>?W-  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 p `Z7VG  
^hJ,1{o  
C\K--  
X[}%iEWzT  
|&.)_+w  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 ~{{:-XkVB  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 Qmn5-yiw1d  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 2q bpjm  
0SYkDI  
%kT:"j(xW  
XFYl[?`G  
/PlsF  
 横向位置 eA_4,"{  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 4kEFbzwx  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 64cmv}d_  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 8X5XwFf}  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 I Cs1=  
 通过组件定位选项。 -W,b*U  
1lM0pl6M  
!h~\YE)  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 jrR~V* :k  
R _%pR_\  
b6ddXM\Z  
 单光栅分析 <R$|J|  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 "-oC,;yq  
 系统内的光栅建模 7+bzCDKU  
- 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。 dLq!t@?iu>  
- 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。 ~%ZO8X:^  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 xUUp?]9y  
*W
l{2&  
K.SHY!U}  
zc#`qa:0  
5. 光栅级次通道选择 kW9STN  
D3OV.G]`  
RPu-E9g@  
 方向 =/;(qy9.-R  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 ?.H*!u+9>  
 衍射级次选择 ,&$Y2+  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 V& m\  
- 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。 K;~dZ  
 备注 C/JFg-r  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 RXDk8)^  
h7{W-AtM7_  
>8##~ZuF+
 
^AN9m]P  
6. 光栅的角度响应 1,E/So   
?w+T_EH  
bYz:gbs]4|  
 衍射特性的相关性 Z,z^[Jz  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 !Kis,e  
- 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。 QB7<$Bp  
- 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） F=#Wfl-o  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 oUqNA|l T  
A8?>V%b[Y  
5R4 dN=L*1  
iR9iI!+;N  
示例＃1：光栅物体的成像 +hfl.OBy  
{_Y\Y&#  
1. 摘要 'oTF$3n  
PrCq JY  
m{g{"=}YR  
<MYD
`,$yu  
>y?$aJ8ZV  
l"+=z.l6;  
!@Ox%vK  
2. 光栅配置与对准 #>0nNR[$Y  
   8ViDh  
~HELMS~-  
*]LM2
J  
09F
r1PL  
.hvIq .vr  
     :KQ<rLd  
3. 光栅级次通道的选择 0@ -LV:jU  
o,29C7Ii  
0P|WoC
X  
   Mqq7;w@(J  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 #pIb:/2a_  
c9Cp!.#*E  
1. 光栅配置和对准 gw H6r3=y(  
\t}!Dr+yN  
+iXA|L9=  
EprgLZ1B  
$I_aHhKt  
}{[F+|\>,e  
2. 基底处理 p%}oo#%J  
|2mEowAd  
YcIk{_N3  
$zJ.4NA  
3. 谐振波导光栅的角响应 [j5L}e!T  
]1klfp,`  
)0NA*<Q+.  
;&iQNXL  
4. 谐振波导光栅的角响应 1e}wDMU(  
3N;X|pa  
spJB6n(  
   ]86U-`p  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 X@TQD  
_Ab|<!a/R  
1. 用于超短脉冲的光栅 o0AREZ+I  
$} ~:x_[  
,9=a(j"  
|S/nq_g]  
"BK&C6]  
=>4,/g3  
KX{S8_  
2. 设计和建模流程 <CeDIX t  
ZMbv1*Vt  
(}'0K?  
y6$5meh.T  
3. 在不同的系统中光栅的交换 `/"TYR%  
6%:N^B=%}  
|Kb-oM&^#