[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。 =Xb:.  
&-`a
`  
8d\/  
x*F_XE1#M  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 GG`;c?d@  
D?? \H\  
 单光栅分析 d7L|yeb"  
−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。 'ewVn1ME[  
−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。 C6}`qD  
d0 yZ9-t  
0]t7(P"F6  
 系统内的光栅建模 KHt#mQy)9  
fmk
(}  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 &0@AM_b  
−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。 VaylbYUCT/  
]Y6y ]u  
mF]8  
     5!^?H"#c  
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。 v@]\ P<E  
iJ~e8l0CA  
3. 系统中的光栅对准 uF\f>E)/N%  
ln=:E$jX  
DP7B X^e  
 安装光栅堆栈 *[wj )  
−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）。 {FNq&)#`  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 yDBMm^  
 堆栈方向 1ba* U~OEg  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 eop7=!`-~~  
*Mr'/qp,  
!5h@uar  
`}&}2k  
nM&UdKf3  
 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）。 Y^J/jA0\B  
- 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 Lk]/{t0  
- 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。 @ Yzj  
Av^<_`L:  
YXjWk),  
[^E{Yz=8,  
@)p?!3{"  
 横向位置 c,RY j  
−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。 Nc[V kJ]  
−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。 SI@Yct]<g  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 bR;Wf5  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 }=JuC+#~n  
 通过组件定位选项。 K yFR;.F-  
(J/!9NS:  

G .k\N(l  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 XP!7@:  
H?<ceK'e  
,2_!hm/  
 单光栅分析 /QCyA%y  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 ,}_uk]AQ  
 系统内的光栅建模 /0I=?+QSo  
- 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。 ZRo-=/1  
- 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。 maTZNzy  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 iKN800^u  
BY^5z<^.  
GLIP;)h1  
$y&1.caMa  
5. 光栅级次通道选择 uA2-&smw  
nH^RQ'19  
j>t*k!db  
 方向 oc3}L^aD  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 3teanU`  
 衍射级次选择 qo"_w%{  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 Rk.GrLp  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 Kp_^ 2V?  
 备注 ``4lomz>  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 J=qPc}+  
r 2L=gI  
GBsM?A:  
;BM
m47<  
6. 光栅的角度响应 &BDdJwE  
YKsc[~ h  
^U4|TR6mub  
 衍射特性的相关性 _z3
YB  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 lm;G8IP`  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 B 8ycr~  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） fCxF3m(O  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 AE"E($S`  
SMdkD]{g  
|6.1uRFE2  
3qc
o2{nz  
示例＃1：光栅物体的成像 )c$)am\I{  
IN%04~=H  
1. 摘要 @j Y_^8#S  
H^no&$2`1  
b|HH9\  
#)xg$9LQb  
on q~wEr  
)tV^)n[w  
eL+L {Ac  
2. 光栅配置与对准 $q6
'VLPo  
   $ (gR^L  
%g>{m2o  
!7K-Kqn  
~?c}=XL-  
fii\&p7z  
     K{&b "Ba1  
3. 光栅级次通道的选择 ^:RDu q  
'0xJp|[xVP  
+RO=a_AS  
   j;k(AM<  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 m9Uoq[1  
Y
{8L ~U:  
1. 光栅配置和对准 {:3XP<hqN  
,A>i)b
rc  
D=fB&7%@  
:-f"+v  
[i'\d}  
zq5_&AeW  
2. 基底处理 }fo?K|Xx  
y{eZrX|  
"Jp6EL%  
Hf/2KYZ  
3. 谐振波导光栅的角响应 [\ JZpF  
h,@x5q>g  
o^Y'e+T"  
mP)<;gm,  
4. 谐振波导光栅的角响应 Xm`K@hJ@  
6wWA(![w"  
.~5cNu'#m  
   y(RbW_ ?  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 Hc@Z7eQ3^  
(WW,]#^  
1. 用于超短脉冲的光栅 t3/!esay  
^yRCR] oT  
>NwrJSx  
YV 9*B  
EMH?z2iGd  
aAko-,URC  
l1odkNf|  
2. 设计和建模流程 U6=m4]~Z  
=*'X  
0zpP$q$  
P|.KMtG  
3. 在不同的系统中光栅的交换 `bZ_=UAb  
_<.R\rX&  
S$"A[