[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。 ]W9B6G_  
juno.$ 6  
f~\Xg7<  
Gbb\h  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 VWvoQf^
+  
LdWc X`K  
 单光栅分析 F1u)i  
−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。
!=zx  
−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。 E 5kF^P  
<f%/px%1  
jX
cNAl  
 系统内的光栅建模 |`]oc,1h@  
O-GxUHwWr  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 qZ\L  
−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。 yq*JdTF  
5#uO'<2$  
1X@b?6  
     YN#XmX%  
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。 xXOw:A'  
7*'@qjTos  
3. 系统中的光栅对准 nPf'ee  
_Y#Bm/*  
05)|"EX)  
 安装光栅堆栈 M_&4]\PkCy  
−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）。 qX@9N=g`#O  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 1ih*gJPpj  
 堆栈方向 P6HGs? *  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 bF6gBM@*  
_;G=G5r  
/.ZaE+  
|Ylg$?,9*  
a|.20w5  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 TcZN%  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 >EBC 2WJ  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 tR O IBq|  
csvOg[  
41'EA\V  
X%`KYo%  
ewQe/Fq  
 横向位置 [d:@1yc  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 b7v dk  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 H5p5S\g-)  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 vzy!3Hiw  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 F(0Z ]#+  
 通过组件定位选项。 8r^j P.V  
xN"wF-s4?  
<?4cWp|i  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 #NMJZ  
^Fvr f`A'  
@#CF".fuN>  
 单光栅分析 x_|>n<Z  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 bQV("~#  
 系统内的光栅建模 <4$YO-:E  
- 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。 xH@'H?  
- 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。 #'iPDRYy  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 DUo0w f#D^  
LV\ieM  
wzbz}P>  
d/4ubf+$k  
5. 光栅级次通道选择 i\vpGlx  
\Nyr=<c  
R9q0,yQW
 
 方向 -[<vYxX:h:  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 :r-.r"[m-  
 衍射级次选择 e SK((T  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 3FuC
W  
- 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。 A{1 \f*  
 备注 "Ac~2<V  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 Vp\80D&
  
EqoASu  
lh~<s2[R2  
J$#D:KaU:N  
6. 光栅的角度响应 !6{Jq]  
u(8~4P0w  
pqOA/^ar  
 衍射特性的相关性 J+0/ :00(  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 PRZ8X{h  
- 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。 ~R'BU=!;F  
- 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） C~{xL>I  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 K:uQ#W.&  
Yu1QcFuy  
'%);%y@v  
XnPJC'  
示例＃1：光栅物体的成像 t(wZiK}  
4p?+LdL  
1. 摘要 -ywX5B  
cB_pyX9Z  
~K_]N/ >  
[#7D~Lx/  
87+.pM|t%  
{uEu>D$8  
8NxUx+]  
2. 光栅配置与对准 (I>HWRH  
   6W]OpM  
>,kL p|gA  
3>H2xh3Y  
<|B$dz?r  
{qY3L8b  
     4+-5,t7  
3. 光栅级次通道的选择 y9=t;qH@|  
^dheJ]n=k  
D xe-XKNc.  
   h\/^Aa0  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 0BT;"B1  
f%vHx,
  
1. 光栅配置和对准 BvSdp6z9Iv  
b=V)?"e-  
Dp%5$wF)8  
dko[  
A J<iM)l|
 
jM6uT'Io  
2. 基底处理 Bjurmo  
!1D%-=dWX  
A$%@fO.b  
GTT5<diw  
3. 谐振波导光栅的角响应 xWd9%,mDNR  
(r.$%[,.<  
#Y/97_2 xa  
zfM<x,XdY  
4. 谐振波导光栅的角响应 |3s.;wK  

+I^+k"  
zG&WWc`K  
   0*37D5jH  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 \/? ! 6~  
$
ijx#a&O  
1. 用于超短脉冲的光栅 tpN]evp|  

=4YbVA+(  
c2tEz&=G  
;m-6.AV  
pP?<[ql[w  
I@8+k&nXS  
0L3Bo3:k  
2. 设计和建模流程 (1QdZD|  
P58\+9d_  
s98: *o3  
M>`?m L  
3. 在不同的系统中光栅的交换 v1`bDS?*Q  
g @c=Bt$  
3MS3O.0]/