[技术]光学系统中的光栅建模——实例讨论 [复制链接]

1. 摘要 4q\.I+r^  
ke3HK9P;  
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。 Ybs=W<-  
1VhoJGH;C  
Ck ~V5  
}4bB7,
j  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 LP5eFl`|T  
>uBV  
 单光栅分析 ?;0nJf  
−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。 tx:rj6-z  
−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。 "/4s8.dw+u  
K^!e-Xi6  
F<PWBs%  
 系统内的光栅建模 6Nfof  
6. +[ z  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 dD/29b(  
−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。 c8k6(#\  
jjS{q,bo  
,cGwtt(  
xZ9}8*Q&:  
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。 %\(y8QV  
$I}Hk^X  
3. 系统中的光栅对准 \3n{w   
68&6J's;  
CX&yjT6`  
 安装光栅堆栈 nLFx/5sL  
−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）。 *j_fG$10g  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 BNL8hK`D  
 堆栈方向 yNhscAMNn  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 `}k&HRn  
f>\bUmk(  
%!ER@&1f&  
5{R#h :  
Se^/V
Vm  
 安装光栅堆栈 _V_8p)%  
- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 5UrXVdP  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 fG8}=xH_&  
 堆栈方向 4pfix1F g  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。 5CY@R  
- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 X%4uShM  
c:?#zX  
\J,- <wF  
|"Xi%CQ2  
c{m ;"ZCFS  
 横向位置 Z!]U&Ax`Z  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 0_,3/EWa  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 ! kOl$!X4  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 r?5@Etpg  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 dVsAX(  
 通过组件定位选项。 9Th32}H  
/c_kj2& ]9  
i">z8?qF  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 4PO%qO  
e~t}z_>F  
}QWT
PRn  
 单光栅分析 L!8 -:)0b  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 
qSpa4W[  
 系统内的光栅建模 6uCk0 B|  
- 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。 Kbz7  
- 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。  z~}StCH(  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 |z(Ws  
aCUV[CPw  
qOcG|UgF  
OU)p)Y_z  
5. 光栅级次通道选择 YL9t3]  
p(x1D]#Z[  
&-8-xw#.  
 方向 RK~FT/
  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 K)h"G#NZM  
 衍射级次选择 ^7~SS2t!  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 WB=<W#?w7%  
- 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。 =|6^)lt$
 
 备注 PO%yWns30o  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 ziLr }/tg  
Y&05 *
b"  
_V7^sk!  
5&rCNi*\  
6. 光栅的角度响应 VH7iH|eW  
cT>z  
WfTdD.Xx  
 衍射特性的相关性 1(:=jOfk  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 DETajf/<F  
- 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。 Iu1Sj`A  
- 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） }lNufu  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 H%NLL4&wu  
,3@15j  
Yyo9{4v+p{  
n7,6a  
示例＃1：光栅物体的成像 ~\)&{'  
u6qi  
1. 摘要 uu@'02G8  
qh(-shZ4Du  
e@2Vn? 5  
P7>C4rmQ  
→ 查看完整应用使用案例 @rK>yPhf  
7ck0S+N'b  
2. 光栅配置与对准 ,[ J'!NC1  
q| =q:4_L  
~gi( 1<#  
Y3MR:{}  
1[gjb((  
TN
Fm7}=  
^d5./M8Bd  
3. 光栅级次通道的选择 R8r[;u\iV  
[-Dgo1}Qr  
aji~brq  
^cmP  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 FvI0 J  
HyX4ob[X  
1. 光栅配置和对准 DT(Zv2  
%*Z2Gef?H  
Lx
:9@3'7'  
f\F_?s)_y  
→ 查看完整应用使用案例 ik:)-GV;s  
Q!+{MsZ  
2. 基底处理 w`#0 Y9O  
pXT$Y8M  
#L4Kwy  
9uq+Ve>  
3. 谐振波导光栅的角响应 /DG`Hg  
Tk#&Ux{ZJ  
'3_B1
iAv  
Q0"F>%Cn  
4. 谐振波导光栅的角响应 zS"zb  
:V-}Sde  
O->(9k<  
=|5bhwU]  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 &CeF^  
K9N0kBJ0<  
1. 用于超短脉冲的光栅 %J ( }D7-,  
f({-j%m  
gl7vM  
+uiH0iGS  
→ 查看完整应用使用案例 ]Y: W[p  
qT>& v_<  
2. 设计和建模流程 _:=OHURc  
dR, NC-*  
o`1V  
bZ22O"F  
3. 在不同的系统中光栅的交换 gJFpEA {  
89- 8v^ Pq