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    [技术]光学系统中的光栅建模——实例讨论 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2022-10-19
    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。 lU%L  
    ~k/GmH  
    [+>cW0a  
    K6e_RzP,.w  
    2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 Y1L7sH 9  
    QxeK-x^  
     单光栅分析 $s!2D"wl n  
    −通过主窗口“光栅”菜单,可以进入仅针对光栅的特殊评估环境。 'v_VyK*w  
    −它有助于分析和可视化光栅的衍射特性,例如衍射角度和效率。 W3Dtt-)E  
    h0Ilxa   
    gshgl3   
     系统内的光栅建模 T |ZJ$E0  
    5)<}a&;{  
    −在常规光学设置中,可以将光栅组件插入系统的任何位置。 5/4q}U3  
    −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。 '{:lP"\,L  
     ~ A4_  
    |9fGn@-  
         m7NrS?7  
    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。 SMbhJ}\O  
    *N3X"2X:  
    3. 系统中的光栅对准 IjnO2X  
    !&@!:=X,  
    mNnt9F3Eq  
     安装光栅堆栈 GB` G(a  
    −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)。 UN7J6$!Cx7  
    −参考面在3D系统视图中可视化,并有助于对齐光栅。 Afo qCF  
     堆栈方向 `T~~yM)q  
    −可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 qn#f:xltu  
    $+p4X# _  
    (}&O)3)  
    8@d,TjJDo  
    O`Ge|4  
     安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈始终固定在参考表面上(仅平面)。 Sz'JOBp  
    - 参考面在3D系统视图中可视化,并有助于对齐光栅。 堆栈方向 7W `gN[*  
    - 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时,必须注意嵌入介质设置。 wU)vJsOq  
    -KFozwr5/  
    yfCdK-9+B  
    }@avG t;v  
    9ZXEy }q57  
     横向位置 A]q"+Z]  
    −对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时,必须考虑光栅的横向位置。 R,KoymXP  
    −例如,激光束(紧密地)聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上,效果可能会大不相同。 2JS&zF  
    −光栅的横向位置可通过一下选项调节 eBxOa  
     在堆栈设置中(不同光栅选项可能有所不同)或 M3/_E7Qoj  
     通过组件定位选项。 {G(N vf,K]  
    'n0u6hCSb  
    D}6~2j  
    4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 @>SirYh  
    )%=oJ!)  
    ecG,[1];  
     单光栅分析 ~x 0x.-^A  
    - 通常,衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 mQy!*0y  
     系统内的光栅建模 zTQTmO  
    - 但是,任何现实的光栅结构都放置在基底上,使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 t +@UC+aW  
    - 平面建模考虑了菲涅耳损耗,但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 Zh,{e/j  
    - 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 ~Bs=[TNd[  
    .iXI oka  
    (_$'e%G0  
    (2fWJ%7VG  
    5. 光栅级次通道选择 S1oP_A[|  
    K`#bLCXEV0  
    yttIA/  
     方向 y0f"UH/   
    - 输入场可从正面或背面照射光栅,并可反射或透射。 hRKA,u/G  
     衍射级次选择 ^i!6q9<{e  
    - 对于方向组合,可能会有多个衍射级。 WwBs_OMc  
    - 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。 o2#_CdU   
     备注 tsvh/)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 u AmDXqJ 3  
    U jrML  
    sGs_w:Hn  
    ;R8pVj!1f  
    6. 光栅的角度响应 '#p2v'A  
    ,2?Sua/LD  
    sAec*Q(R  
     衍射特性的相关性 Uc<j{U ,  
    - 对于给定的光栅,其衍射特性与入射场相关。 jX8,y  
    - 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。 9j~|m  
    - 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) ~v+A6N:qC  
    - 对于给定的输入场,VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 rS^+y{7  
    n~|sMpd,M1  
     YD|;xuh  
    uF89B-t  
    示例#1:光栅物体的成像 :]g>8sWL  
    -AcVVK&  
    1. 摘要 `;vJ\$-<  
    ^a+H`RD  
    Iurb?  
    ;+-Dg3  
    :kz"W ya.  
    wz{]CQ7"  
    krI@N}OU  
    2. 光栅配置与对准 Oj~4uT&"  
       ,8^QV3  
    LWp#i8,  
    c^ifHCt|  
    |}Wm,J  
    "cVJqW  
         -SGo E=  
    3. 光栅级次通道的选择 AYnk.H-v  
    ZIo%(IT!c  
    0V_dg |.  
       dnW#"  
    示例2:波导谐振光栅的角灵敏度测试 Q"+)xj  
    "q,.O5q}Y  
    1. 光栅配置和对准 -0 o1iU7  
    y.PsC '  
    U&}v1wdZ3  
    4gkaCk{]  
    }cPH}[ $zF  
    ta'{S=^j  
    2. 基底处理 2LqJ.HH  
    )W1tBi  
    ]W9{<+&  
    BhcTPQsW  
    3. 谐振波导光栅的角响应 @j/|U04_ Z  
    b|KlWt'  
    td"D&1eQ@  
    -m"9v%>Y  
    4. 谐振波导光栅的角响应 TyG;BF|rwk  
    c>}f y  
    H0P:t(<Gt  
       k=D}i\F8  
    示例3:超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 <T|?`;K  
    ^^FqN;  
    1. 用于超短脉冲的光栅 eF%>5  
    @3_[NI%  
    A`nw(f_/  
    de<T5/  
    ,u&K(Z%  
    nQ5N\RAZ  
    %c"t`  
    2. 设计和建模流程 WH6Bs=G\}  
    XJI ff$K  
    $YztLcn   
     3 UX/  
    3. 在不同的系统中光栅的交换 vkgAI<  
    V[RsSZx =  
    /nas~{B  
     
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