[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。 5j,qAay9  
s[q4K  
8-a6Q
|   
A_Iu*pz^^  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 E`fssd~  
^|GtO.  
 单光栅分析 pPqN[OJ  
−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。 ocqB-C
]  
−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。 L"h@`3o|  
U%DF!~n  
,/6:b
c:W  
 系统内的光栅建模 P! Ed  
\TB%N1^  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 e=l5j"gq  
−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。 g0j4<\F2\  
{[5L96RH%  
_S2^;n?  
     :6$4K"^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。 =)- Q?1q  
|3:=qpT-  
3. 系统中的光栅对准 $xtE+EV.p  
"qTC(F9N$.  
cNo4UZvr  
 安装光栅堆栈 sV^h#g~Zb
 
−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+z_
%V  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 Zng` oFD  
 堆栈方向 o9LD6$  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 O)xEF~DaD  
@'r`(o3z!Z  
pOVghllO  
?4>y2!OC9  
[k~+(.2I  
 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）。 .x!7  
- 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 9LEilmPs  
- 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。 B~;LBgpp  
BgWz<k}5M  
W,/C?qFp  
cF&h$4-  
U=i8>6V  
 横向位置 aY[0A_  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 K-EI?6`xM  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 HCjn9  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 {?f^  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 mrhp)yF  
 通过组件定位选项。 }C{}oLz  
# 5f|1O  
QR5,_wJ&  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 Iq0 #A5U%  
&&9c&xgzE  
"dK
|]w8  
 单光栅分析 2Ph7qEBQ22  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 Jh&~/ntmm_  
 系统内的光栅建模 B!r48<p  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 /y](mu"!  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 bmO__1  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 1&% d  
3_oD[ ])A  
1V**QSZ1  
1>@]@ST[:  
5. 光栅级次通道选择 F/h:&B:;  
n.a=K2H:V  
=> uVp  
 方向 GIC"-l1\  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 ?BDlB0jxzi  
 衍射级次选择 )"_Ff,9Z!  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 c#n4zdQd]5  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 5"}y\  
 备注 D0#T-B\#  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 -yl4tW  
8)W?la8'p  
(pE\nuA\  
z^P* :  
6. 光栅的角度响应 T3G/v)ufd  
Th~3mf #  
8g[(nxI~  
 衍射特性的相关性 F8uRT&m B0  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 . QQ?w  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 =M1a0i|d  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） u+mjguIv  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 *#Lsjk~_-  
@Z9>3'2]A  
_OJ0 < {E  
5w,lw  
示例＃1：光栅物体的成像 ,#E3,bu6_4  
bl" (<TM  
1. 摘要 l$k]O  
`qf\3JT\  
lruF96C/Y  
tDC0-N&6S~  
BaWQ<T8p8  
@tr&R==([  
<pTQpU  
2. 光栅配置与对准 =E [4H  
   'w`SBYQ5  
!paN`Fz\a  
ZL4l (&"  
[Krm .)  
wO
^$!zB W  
     KjFZ  
3. 光栅级次通道的选择 BKE\SWu  
-T
zI>Fz  
C2+{U  
   mP9cBLz  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 22)0zY%\  
pau*kMu^}  
1. 光栅配置和对准 a&$Zpf!!  
E fP>O  
3)6+1Yc  
uSABh^  
B;xZ%M]  
0V<Aub[${  
2. 基底处理 gHQPhe#n  
bK?1MiXb  
)ZT6:)  
'ox0o:  
3. 谐振波导光栅的角响应 u iBl#J Q  
4t&gW  
SX1X<9  
t2=a(N-/,  
4. 谐振波导光栅的角响应 8O~0RYk  
gW%pM{PW  
TA Ftcs:  
   {V}t'x`4c  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 &?SX4c~?u  
KKLR'w,A>  
1. 用于超短脉冲的光栅 /Jh1rck  
 7]p>XAb  
-h>Z,-DE6  
tlDYk  
y\^@p=e  
7)B&(2D&  
|w=Ec#)t4  
2. 设计和建模流程 9wAA. -"  
mbF(tSy  
1)$%
Jr  
MQwIPjk8  
3. 在不同的系统中光栅的交换 x|.v{tQa  
ec`bz "1  
JDkCUN5