[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。 =_pwA:z"A  
gPEqjj  
.FP$ IWt/1  
"x*-PFT  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 $=aI"(3&  
{0yu   
 单光栅分析 \4bWWy  
−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。 :tGYs8UK  
−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。 vRhnX  
kA#vByf`v  
d"THt}
  
 系统内的光栅建模 6sxz_f  
O/OiQ^T  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 yA7)Y})>  
−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。 <GIwRVCU  
F0dI/+  
/"#4T^7&  
     `
2%6V)s  
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。 (#Mp 5C'X  
TEVI'%F
  
3. 系统中的光栅对准 >Pal
H24]  
xtfRrX^  
RR|\- 8;  
 安装光栅堆栈 V1bh|+o9  
−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）。 FGanxv@15  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 d*]Ew=^L  
 堆栈方向 F@vbSFv)/  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 &0v.E"0<
 
.;I29yk\XS  
7'w0  
wNQqfqZ  
L-h$Z
0]_F  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 #V_GOy1-  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 `T WN^0!]  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 =dH$
2W)G  
@h9MxCE!  
j, u#K)7{T  
*^XbDg9  
/Jlv"R1,  
 横向位置 &a)vdlZSE=  
−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。 "S!3m9_#  
−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。 UQ8bN I7  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 JWHSnu!  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 :pC;`iQ  
 通过组件定位选项。 Vb4;-?s_  
)iLM]m  
.YcN S%  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 M'5'O;kn  
l},NcPL`  
<$Yi]ty  
 单光栅分析 Np,2j KF(  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 =nxKttmU0  
 系统内的光栅建模 9`Q@'(m  
- 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。 =!.mGW-Q}  
- 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。 g1[&c+=U`P  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 SS3-+<z  
;u-4KK  
Zk`#VH  
%|IUqjg  
5. 光栅级次通道选择 M7dU@Ag  
SgM.B  
d,F5:w&  
 方向 *e4TSqC|  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 QZYU0; VF  
 衍射级次选择 CjZ2z%||=  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 l(kr'x  
- 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。 }C#3O{5  
 备注 H~fdbR  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 N}Vn;29  
< oI8-f  
H{zPft  
*|RS*ABte  
6. 光栅的角度响应 P]6}\ ]~  
')TPF{\#  
uofLhy!  
 衍射特性的相关性 $kz!zjC'  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 <
y=ovkM3  
- 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。 ARB7>"
 
- 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}AX0*S  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 ?]!vRmZ;  
t_c?Wp~tH  
49h0^;xlo:  
HOPqxI(k  
示例＃1：光栅物体的成像 ZF{~ih*^u  
?[= U%sPu=  
1. 摘要 kX;$}7n  
)"u:ytK{  
]0~qi@  
R]L2(' B  
AV4~U:vU  
 (_+;R  
HeIS;gfUY  
2. 光栅配置与对准 8LrK94  
   P_Uutn~  
]PX}b  
.W.;~`EW  
JP=ZUu  
t4K56H.L?  
     0HibY[_PbD  
3. 光栅级次通道的选择 ]+%=@mWYs  
.Ff_s  
DeQDH5X"  
   3H8Al  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 e}"wL g]  
!nw[  
1. 光栅配置和对准 <G
ZhH:  
.6T4z7I  
J$[Q?8 ka  
EXbTCT}`x  
"tR}j,=S:D  
9g@NcJ]  
2. 基底处理 d*-Xuv  
h~UJCnzS  
n|KKby.$
  
5gK~('9'?1  
3. 谐振波导光栅的角响应 J(9=T<%T  
\Jpw1,6  
'
JZ_  
r{ @
`o@q  
4. 谐振波导光栅的角响应 KH}t:m+h  
!S,pR
S+  
UrK"u{G  
   GOr}/y;  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 K&S@F!#g  
rPTfpeqN)  
1. 用于超短脉冲的光栅 l l:jsm  
t9D S]Li  
F#1kZ@nq  
Qj!d^8  
5$^c@ 0  
q/'MS[C  
@
;J|xkJ  
2. 设计和建模流程 fsI`DjKi)  
@:gl:mc  
4  
vKkf2 7  
3. 在不同的系统中光栅的交换 =|JKu'  
VjTAN=  
m X:bA5db