[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。 j2z$kw%  
${?Px c{-  
mEA w^  
W$y?~2  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 S"dQ@r9  
R$\ieNb  
 单光栅分析 2b<0g@~X  
−通过主窗口“光栅”菜单，可以进入仅针对光栅的特殊评估环境。 *oF{ R^  
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 8/=2N  
=LC5o2bLy  
'{|87kI  
 系统内的光栅建模 ?h5Y^}8Qg  
."2V:;;  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 4#o` -vcW  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 *]rV,\z:  
!"wIb.j}0  
a P`;Nr=  
     *Q)
+Y&qn  
两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 Lczcz"t  
N.fIg  
3. 系统中的光栅对准 S+He  
ow&R~_  
>uVG]  
 安装光栅堆栈  d00r&Mc  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 u+]zi"k^s  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 , vR4x:W  
 堆栈方向 Q5Wb)  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 hfY2pG9N  
;;2s{{(R  
AojX)_"z  
p4/
D%*G^`  
/rquI y^  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 J[^-k!9M  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 CkOd>Kn  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。
\X(.%5xC  
m$U2|5un&  
{3l]/X3  
8garRB{  
S-im o  
 横向位置 gG#M-2P  
−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。 DCHU=r  
−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。 \=w|Zeu{l  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 V%"aU}   
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 CrK}mbe  
 通过组件定位选项。 AH;h#dT  
_- { >e  
3t8VH`!mL{  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 .(! $j-B  
1"i/*}M  
WzF/wzR  
 单光栅分析 huO_ARwK'  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 R@
;kYS  
 系统内的光栅建模 |TkO'QN  
- 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。 ;0 ,-ywK  
- 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。 9Y0w SOSW  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 qg|SBQ?6  
BeBa4s  
O}2;>eH  

/
op8]y  
5. 光栅级次通道选择 M4`qi3I  
[/'
W
#x  
tX)^$3A  
 方向 *!vwW T  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 oPl^tzO  
 衍射级次选择 oH$4K8j  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 2WqjNqx)6  
- 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。 kid@*.I  
 备注 \:8 >@Q  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 rxt)l
 
t}+P|$[  
d7A vx  
JT!-Q!O}O  
6. 光栅的角度响应 [$$i1%c%Z<  
\Gg6&:Ua  
).5$c0`U&  
 衍射特性的相关性 Re-4y5f  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 kyMWO*>|  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 z`XX[9$qm  
- 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） Rjt]^gb!*  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 `5:b=^'D/  
ibha`  
&Yb!j  
^Yul|0*J  
示例＃1：光栅物体的成像 /d*d'3{c  
WTbq)D(&[_  
1. 摘要 e-Mei7{%  
C8ek{o)%W  
4J{6Wt";  
*d b,N'rK  
G*^4+^Vz?  
>8PGyc*9  
Jpm=V*P  
2. 光栅配置与对准 +8h!@  
   
n 'gU  
dg-nv]7  
x
}B3h9]  
NCL!|  
}hRw{#*8  
     ~Z-o2+xA  
3. 光栅级次通道的选择 Qh3BI?GZ'3  
UU'0WIbY6  
juIi-*R!  
   qjDt6B^RO  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 _Fkz^B*  
%\$~B?At  
1. 光栅配置和对准 :J6 xYy$  
FLUvFD  

S\io5|P  
7x#QkImQ  
$Y`oqw?g+^  
_xY dnTEl  
2. 基底处理 %>Q[j`9y  
\w#)uYK{i_  
XCvL`  
v9*31Jx  
3. 谐振波导光栅的角响应 ?*LVn~y  
[8jIu&tJf  
4Dy|YH$>S  
x/NjdK  
4. 谐振波导光栅的角响应 i/|}#yw8A  
sD#*W<  

\~X:ffb =  
   hU'h78bt(  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 {f"oqry_g  
YC[cQX  
1. 用于超短脉冲的光栅 Q%r KKOX8  
Lo,uH`qU  
3FY87R   
45Hbg  
 gx9=L&=d  
&ea6YQ  
Y[!s:3\f  
2. 设计和建模流程 { k>T*/  
,J(shc_F  
UMUG~P&@  
Q@ua G,6  
3. 在不同的系统中光栅的交换  I9Lt>*  
'pj*6t1~  
@)XR