[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。 X gA( D  
vQ DlS1L  
#Ic-?2Gn4<  
^pvnUODW[  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 ?7aeY5p  
;U<rFs40  
 单光栅分析 }$'T=ay&  
−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。 Ykj+D7rA:  
−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。 Ivc/g,  
!
JwR[X\f  
* @'N/W/8  
 系统内的光栅建模 jL#`CD
  
ygTc Y  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 b,RQ" {  
−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。 MvlqxJ$  
X~g~U|B@  
xAAwH@ +  
     /:aY)0F0<&  
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。 H_7EK  
Wc{/K6]f  
3. 系统中的光栅对准 WQYw@M~4Q!  
m2PI^?|e  
N/N~>7f  
 安装光栅堆栈 4#wZ#}  
−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）。  i(n BXV{  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 (K|7T{B  
 堆栈方向 :pgpE0  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 2lRE+_qz  
~~3 BV,  
7F wot&  
wy4}CG  
J0x)NnWJ  
 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）。 3g5 n>8-  
- 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 O3["5  
- 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。 i}r|Zo  
@ZGD'+zd?  
o",J{  
rE$=~s  
o) ,1R:  
 横向位置 c R6:AGr  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 NN@'79x  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 4jdP3Q/  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 Fhk`qh'i  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 ~-o[v-\  
 通过组件定位选项。 K)F6TvWv  
%*Lv  
) i=.x+Q  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 [^2c9K^NK  
tkKiuh?m  
R&]#@PW^  
 单光栅分析 Ipyr+7/zJ  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 3DS&-rN  
 系统内的光栅建模 g.T:72"  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 ^K'@W  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 <#F@OU  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 \*5${[  
E8]kd  
;dZuO[4\  
-|_MC^)  
5. 光栅级次通道选择 ![j?/376  
oA]rwaUX  
~l"]J'jF"H  
 方向 b,uudtlH  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 ![9umsx  
 衍射级次选择 ]YWz;
Z  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 Wg!JQRHtT  
- 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。 2nkymEPu  
 备注 I> BGp4AQ  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 Lvm"!!  

=a^}]k}  
GYwU3`{  
?Es(pwJB  
6. 光栅的角度响应  {B
w  
X_aC$_b  
cogIkB&Ju  
 衍射特性的相关性 kmT5g gy  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 |Q?^Ba  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 < wi9   
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） P+bA>lJd  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 ;{89*e*)  
h'
ik19  
VMIX=gTZ  
yXT8:2M  
示例＃1：光栅物体的成像 3>QkO.b  
o&ETs)n|  
1. 摘要 cB=ExD.Q  
O_\%8*;  
@L?K
cGD  
{ep(_1  
cp$GP*{@  
MUn(ZnQy|  
! G3Gr  
2. 光栅配置与对准 1V.oR`&2E  
   @8*lqV2  
y4)iL?!J~  
A~}5T%qb  
'e/wjV  
nM
|Cv  
     %z~=Jz^  
3. 光栅级次通道的选择 *}) W>  
5Ky(C6E$s  
.F},Z[a&  
   qWM+!f  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 f0&%  
F.),|t$\  
1. 光栅配置和对准 rXP~k]tC  
}Xvm( ;  
{B-*w%}HU  
i&YWutG  
=M=v; ,I-  
C),i#v  
2. 基底处理 Z C<+BKS  

$C{,`{=  
F3[,6%4v  
g%<n9AUl  
3. 谐振波导光栅的角响应 |'-%d^Z  
CEW1T_1U<\  
EF6h>"']/  
)2a)$qx;  
4. 谐振波导光栅的角响应 :gO5#HIm  
RqX^$C8M  
tI)|y?q  
   >x>/
}`  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 +PS jBO4!  
B"8jEYT5  
1. 用于超短脉冲的光栅 J$5Vjh'aM
 
|az2vD6P  
v7n@CWnN  
,l Y4WO  
c?N,Cd~q  
.5uqc.i"f  
F$bV}>-1k  
2. 设计和建模流程 qVfl6q5  
|]?zH~L  
vA}_x7}n(  
~Up{zRD"B  
3. 在不同的系统中光栅的交换 VD<z]@
  
T+^c=[W  
.G#li(NWH