[技术]光学系统中的光栅建模——实例讨论 [复制链接]

1. 摘要 W+Z] Y  
h?p&9[e`  
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。 `[0.G0i  
{()8 Wr  
C6Ap  4  
Ps4spy0Fp  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 #5-0R7
\d7  
!E'jd72O  
 单光栅分析 u0^GB9q  
−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。 BXiuVx  
−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。 #6[FGM  
5#p [Q _  
6! \a8q'z  
 系统内的光栅建模 L0/0<d(K  
qhRs5QXL  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 w4<RV:Vmt  
−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。 \/p\QT@mm  
4(B{-cK  
jFZJ #'CNS  
BI?M/pIm  
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。  P 1X8  
v[T5D:  
3. 系统中的光栅对准 iEux`CcJ.  
$5z O=`  
2_6x2Ia4  
 安装光栅堆栈 '=EaZ>=  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。  )f>s\T  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 f*04=R?w7>  
 堆栈方向 V/j+Z1ZW  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 ]xBQ7Xqf
|  
8QV+DDZx  
7Co 
}4  
-z)I;R  
N93 ZI|T  
 安装光栅堆栈 3rhH0{  
- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 \/I@&$"F  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 8 C@iD%  
 堆栈方向 CS"2Sd 1`  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。 qd6XKl\5  
- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 ;]34l."85  
M]oO1GM  
#uVH~P5TM  
tRZCOEo4  
3N|,c]|  
 横向位置 W2J"W=: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。 =ltT6of@o  
−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。 r5tC
 
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 rIR~YMv!  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 N%'=el4L  
 通过组件定位选项。 Fr?o 4E6h  
@{\q1J>  
cd)yj&:?Bt  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 6":=p:PT.  
);$_|]#  
SsiAyQ|Ma  
 单光栅分析 BFc=GiPnQ  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 c7.%Bn,  
 系统内的光栅建模 eL[BH8l  
- 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。 ^\Gaf5{  
- 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。 jXB<"bw  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 d#cw`h<c~  
@2cGx/1#  
;
0(|06=  
(Vnv"= (  
5. 光栅级次通道选择 IFYGl  
AI}29L3C  
| z=:D*uh~  
 方向 zBV7b| j  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 p"EQ6_f  
 衍射级次选择 }a6

tG  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 i7v> 9p7  
- 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。 eS{lr4-]  
 备注
|pqc(B u  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 *}DCxv  
//S/pCqED  
cL}}^  
8%q:lI  
6. 光栅的角度响应 i;>Yx#  
6Ty;m>j  
H5j6$y|I|N  
 衍射特性的相关性 h BD .IB  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 ^u`1W^>  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 *o <S{  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） ]JF>a_2wG  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 M|nTO  
feSd%  
xsn2Qn/P  
h3U| ~h  
示例＃1：光栅物体的成像 ( `T;nz  
?o307r  
1. 摘要 g.$a]pZz  
{2QCdj46  
]/&qv6D*d  
~Ry?}5&:  
→ 查看完整应用使用案例 Hz39
v44  
OOJg%y*H  
2. 光栅配置与对准 y}Ji( q~  
~~,] b  
[xW;5j<87  
NH+?7rf8  
SbS*z:  
ehehTP  
[H ^ktF  
3. 光栅级次通道的选择 ;>YLL}]j  
`F-<P%k  
!0i6:2nw  
W>$2BsO  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 g{0a]'ph  
4h% G %>j  
1. 光栅配置和对准 5eS0 B
{,c  
{yFCGCs  
IkW8$>  
V?pqKQL0  
→ 查看完整应用使用案例 zY_?$9l0  
5,Rxc=  
2. 基底处理 |qe[`x; %  
ePF)wl;m  
t@=*k9  
Xm#rkF[,  
3. 谐振波导光栅的角响应 |7XPu  
\M$
e#^g  
o_=t9\:  
Wgp}v93  
4. 谐振波导光栅的角响应 n[|*[II  
~@Yiwp\"  
C1/qiSHsh  
PD,s,A  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 haTmfh_|  
5D9n>K4|  
1. 用于超短脉冲的光栅 wg-qq4Q\  
4G ?Cu,$  
w~+C.4=7  
=17d7#-  
→ 查看完整应用使用案例 MK1V1F`  
GhlbYa  
2. 设计和建模流程 vMD%.tk  
4\?z^^  
!UPKy$  
VPC7Dh%.  
3. 在不同的系统中光栅的交换 :`jB1rI  
)-jA4!&