[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。 !ffdeWHR  
2Gd.B/L6  
:2vk vLM  
J4&d6[
40  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 ( $A0b  
Yxp.`  
 单光栅分析 j#rjYiYKy  
−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。 07`hQn)Gc  
−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。 LB1LQ0M  
EBc_RpC/Z  
E<y0;l?H<  
 系统内的光栅建模
V i V3Y  
yY+)IU.  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 ?RNm8,M  
−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。 -PPH]?
],  
M{w[hV  
LlKvi_z  
     _~]~ssn,1  
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。 ;6P#V`u  
}86&? 0j.  
3. 系统中的光栅对准 2:3-mWE  
%&w 8E[  
LX;w~fRr.  
 安装光栅堆栈 ]zK'aod  
−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）。 $R6iG\
V5  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 IYAvO%~  
 堆栈方向 qz[qjGdHg  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 ;aXu  
sxc^n aK0  
Vz_ac vfk^  
lOB*M!8   
IdTatE|^  
 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）。 P5-1z&9O  
- 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 $v5
)d J  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 [&y="6No  
zB/#[~  
'9d<vWg  
xgeDfpF'  
Lxz!>JO>  
 横向位置 " ,k(*  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 d+DdDr  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 ]$Ud`<Xnx  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 Q5%$
P\  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 v_=xN^R  
 通过组件定位选项。 S\wh *'Y  
wMc/Og  
w(/#isC  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 Fs+ CY  
3%HF"$Gg  
bzj9U>eY  
 单光栅分析 B:5NIa  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 4sJM!9eb[  
 系统内的光栅建模 %*:X FB  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 +ftOJFkI  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 0'm$hU}  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 cl\Gh  
F"I{_yleq'  
(_2Iu%F  
M( euwy  
5. 光栅级次通道选择 H|UGR~&  
/xS4>@hn  
3jeB\  
 方向 &>%R)?SZh  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 q!fdiv`  
 衍射级次选择 _.}1 Y,Q  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 BeR7LV  
- 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。 FR57F(31  
 备注 mHj3ItXUu  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 y"bSn5B[  
+O]jklS4H  
S2APqR
g*  
c>~q2_}W(  
6. 光栅的角度响应 P }BU7`
8  
44r@8HO1  
KCDbE6  
 衍射特性的相关性 ng0tNifZ;  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。
ox|K2A  
- 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。 S`w_q=-^8  
- 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） r:.ydr@  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 !<EQVqj6  
l^~E+F~  
[<0\v<{`L  
th :I31  
示例＃1：光栅物体的成像 b '9L}q2m  
(7zdbJX  
1. 摘要 Gd%X> ~  
#E'aa'P}  
^i;y2c  
Q:v9C ^7  
7RpAsLH=  
\c1NIuJR  
bjq+x:>  
2. 光栅配置与对准 J$+K't5BZ  
   U=Hx&g  
f+c<|"we  
!dcGBj  
4tGP- L  
0b3z(x!O  
     3Yb2p!o  
3. 光栅级次通道的选择 R3dt
-v  
I k[{,p  
Zqp<8M2  
   2a,l;o$2&  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 !et[Rdbu  
n[f<]4<  
1. 光栅配置和对准 n !oxwA!  
RZL:k;}5  
MJ%gF=$X  
e/J|wM9Ak  
(\qO~)[0  
8lJMD %Df:  
2. 基底处理 J]"IT*-Ht  
B|pdqSI  
+\D?H.P  
uG:xd0X+W  
3. 谐振波导光栅的角响应 bMjE@S&  
13f@Ox$  
G&DL)ePu]m  
7O\sQ]i6  
4. 谐振波导光栅的角响应 CHGV1X,  
y]YUuJ9a  
%fzZpd]v=,  
   ;Q{~jT  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 nyRQ/.3  
==^9_a^  
1. 用于超短脉冲的光栅 =)O%5<Lwx  
N5%Cwl6i  
4\rwJD<  
24; BY'   
QVq+';cG  
uB*Y}"Fn  
{wS)M  
2. 设计和建模流程 0DQ\akh  
loR,f&80=O  
O)EA2`)E  
8~6H\.0Q  
3. 在不同的系统中光栅的交换 (;(P3h  
g UAx8=h  
'G|M_ e