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infotek 2022-10-19 08:30

光学系统中的光栅建模——实例讨论

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。 E,/nK  
1,n\Osd  
[KEw5-=i@  
S<I9`k G  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 (ul_bA+  
)SaMfP1=v  
 单光栅分析 u} [.*e  
−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。 \XbCJJP  
−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。 Ibv`/8xh  
WXa<(\S\V  
SS&G<3Ke  
 系统内的光栅建模 dFk$rr>q  
b~!Q3o'W  
−在常规光学设置中,可以将光栅组件插入系统的任何位置。 ?0d#O_la3  
−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。 +@+*sVb  
`cFNO:  
*n9=Q9  
     6^,;^   
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。  ^5R2~  
O~5*X f  
3. 系统中的光栅对准 P\$%p-G  
!dwa. lZ&X  
5~RR _G  
 安装光栅堆栈 B*}:YV  
−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)。 5?>ES*  
−参考面在3D系统视图中可视化,并有助于对齐光栅。 !)EYM&:Y  
 堆栈方向 4@9xq<<5  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 =<r1sqf  
+o K*5 Y  
{Ok]$0L  
"8\2w]"  
TV?MB(mN  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅,光栅堆栈始终固定在参考表面上(仅平面)。 Eu[/* t+l  
- 参考面在3D系统视图中可视化,并有助于对齐光栅。 堆栈方向 "|/Q5 *L  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时,必须注意嵌入介质设置。 +-Z `v  
=A_fL{ SM  
0\wW%3C  
^K:-r !v^  
*~`BG5w  
 横向位置 2I_~] X53[  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时,必须考虑光栅的横向位置。 6P0 2=  
−例如,激光束(紧密地)聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上,效果可能会大不相同。 1P G"IaOb  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 #1p\\Av  
 在堆栈设置中(不同光栅选项可能有所不同)或 xk s M e  
 通过组件定位选项。 ^MvBW6#1  
e_IRF+>  
5I/lFoy7  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 sL#MYW5E  
/sdZf|Zl  
1H8/b D  
 单光栅分析 di37   
- 通常,衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 vU9:` @beu  
 系统内的光栅建模 f7&9IW`7F^  
- 但是,任何现实的光栅结构都放置在基底上,使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 c-ql  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗,但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 x !n8Wx  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 HbJ^L:/  
A}(o1wuw  
%RzCJxT  
&W{v(@  
5. 光栅级次通道选择 5 &0qr$  
_Sl3)  
==EB\>g|  
 方向 ZWQ/BgKB  
- 输入场可从正面或背面照射光栅,并可反射或透射。 ;?%_jB$P  
 衍射级次选择 P+DIo7VTX  
- 对于方向组合,可能会有多个衍射级。 gmZ] E45  
- 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。 R1(3c*0f  
 备注 P=Su)c  
- 在FMM计算中,光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 \J(kM,ZJ  
$CZ'[`+  
,( NN)Oj  
&_74h);2I:  
6. 光栅的角度响应 KtHkLYOCG  
aP#/%  
e9>~mtx  
 衍射特性的相关性 gj I>tz}  
- 对于给定的光栅,其衍射特性与入射场相关。 I+ Y{_yw"f  
- 对于不同的波长/偏振,衍射效率也不同,并且对于不同的入射角,衍射效率也不相同。 K|I<kA~!H  
- 为了解决与角度有关的衍射行为,可能需要指定k域中的采样点(等效于角度空间) JX{_,2*$  
- 对于给定的输入场,VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 4eJR=h1  
[v`kqL~  
4iss j$  
Pb sxjP  
示例#1:光栅物体的成像 [2E(3`-u  
;%;||?'v  
1. 摘要 ILqBa:J  
r-.>3J  
@_1cY#!  
p}<60O"r$  
AQmHa2P  
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2. 光栅配置与对准 (|NCxey  
   :2K@{~8r  
`.J17mQe"  
hS&l4 \I'Z  
&} { #g  
} !y5hv!_  
     6|~^P!&  
3. 光栅级次通道的选择 zo8D"  
=4l @A>  
i;-M8Q^  
   tRZ4\Bu  
示例2:波导谐振光栅的角灵敏度测试 {M5t)-  
|<5F08]v  
1. 光栅配置和对准 qR_>41JU"  
mEsb_3?#+  
}YVF fi~  
p4*L}Q  
H!&_Tv[  
G!;PV^6x  
2. 基底处理 g,rmGu3v  
6dV )pJd  
~> Q9  
_+'!l'`  
3. 谐振波导光栅的角响应 q\~ #g.}  
W\NC3]  
`$ S&:Q,  
a4*976~![  
4. 谐振波导光栅的角响应 QA*<$v  
<r.QS[:h  
d?T!)w  
   }cr'o"4  
示例3:超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 &29jg_'W  
ao"2kqa)r  
1. 用于超短脉冲的光栅 j~G(7t  
66,(yxg  
t15{>>f4>  
Z )M "`2Ur  
bo/9k 4N3  
J\Pb/9M/  
{0Y6jk>I  
2. 设计和建模流程 Q_|}~4_+  
R`Z"ey@C  
IBo  
N=KtW?C  
3. 在不同的系统中光栅的交换 Q(nTL WW  
j2<+[h-  
KF_fz   
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