[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。 ybpU?n  
`qa>6`\  
>RKepV(X7  
TJkWL2r0c  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 910N1E  
^-7-jZ@jz  
 单光栅分析 AI3\
eH+  
−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。 avxI%%
|  
−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。 +!"7=?}  
,~7+r#q7  
?f=7F %  
 系统内的光栅建模 y?8V'.f|  
KL8WT6!RZ  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 bs_rw+  
−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。 =B ts  
UymhBh  
SNtOHTQ  
     <"x *ZT  
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。 +c\uBrlZQ;  
jQ5FvuNOy  
3. 系统中的光栅对准 mJS-x-@  
mcSZ1d~,(  
FSS~E [(DL  
 安装光栅堆栈 =8x-+u5}rK  
−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）。 t}Kz
h`  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 S{qn^\0  
 堆栈方向 qN6
GLx%  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 rcG-Vf@  
B-aJn8>/  
Xe\,:~  
j%E9@#  
W^dRA xVX  
 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）。 uCGn9]  
- 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 q<?r5H5  
- 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。 %{^kmlO  
Y# ?M%I%j  
d,%@*v]S  
}}~ t!/x  
3|.KEJC"
 
 横向位置 R86:1  
−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。 ?[S{kMb2  
−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。 B<?fD  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 )J!=X`b  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 T|lyjX$Q]9  
 通过组件定位选项。 t^@4n&Dg  
%TRH,-@3h  
%#b+ =J  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 YM]ZL,8  
}8&L?B;90  
f=*xdOB3  
 单光栅分析 NI% ()  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 &fWYQ'\>  
 系统内的光栅建模 ^LJ
?GJ$g  
- 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。 "M5&&\uT  
- 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。 }9ZcO\M  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 BFyVq  
WXC}Ie  
;R.l?Bg  
LXQ-J  
5. 光栅级次通道选择 YKs^aQm#  
9oA
.!4q  
'^Ce9r}  
 方向 2KC~;5  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 7lz"^  
 衍射级次选择 A1,- qv1s  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 NP*M#3$[
 
- 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]<7  
 备注 sw715"L  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 &Kgl\;}  
N2^B  
0jN?5j  
bqDHLoB\1  
6. 光栅的角度响应 o-jF?9m  
]h$,=Qf hD  
Dj9).lgc  
 衍射特性的相关性 SlZ>N$E  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 }6Uw4D61  
- 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。 |VL(#U  
- 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） D,rs)  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 LGm>x  
w&7-:."1i  
058+_xX  
Bld$<uU  
示例＃1：光栅物体的成像 a9GLFA8Vq  
iPxhDn<B  
1. 摘要 x`vIY-DS  
lll]FJ1  
bt,^-gt@  
#~r+  
VzR(OB  
,HxsU,xiG  
:_
q  
2. 光栅配置与对准 w$cic  
   0omg%1vt<A  
2>3g
C_^go  
<}3c%Q1  
6.Nu[-?  
`A)9   
     U3+{!}gn  
3. 光栅级次通道的选择 .3%eSbt0  
G"=tQ$ZU  
U/2g N H  
   eiJO;%fl>l  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 4'W|'4'b  
\guZc}V]:\  
1. 光栅配置和对准 %6}S'yL  
8z^?PZ/  
|i"A!rW  
)""i"/Mn  
2sjP"
:  
BYEqTwhT&  
2. 基底处理 GqI^$5?  
,@=qaU  
Wiqy".YY  
=z]&E 78Y  
3. 谐振波导光栅的角响应 >wjWX{&?  
^CTgo,uf6H  
U`JzE"ps]  
owTW_V  
4. 谐振波导光栅的角响应 &J_|P43  
pr\yc  
5nr}5bum  
   +15j^ Az  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 -gh',)R  
$"T1W=;j9  
1. 用于超短脉冲的光栅 _Kx /z  
x{u_kepv[k  
t'4hWNR'  
,JT|E~P?8  
sMli!u  
~)D2U:"^xm  
kf0zL3|  
2. 设计和建模流程 BD,JBu]  
mwCNfw
b:  
{$>*~.Wu  
-:m;ePK  
3. 在不同的系统中光栅的交换 +H_Jr'/  
&qFdP'E;$  
@y->4`N