[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。 HC+(FymV  
wC..LdSR  
,K8PumM_  
%ktU 51o  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 (gs"2  
z2wR]G5!  
 单光栅分析 x]Q+M2g?  
−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。 |o|0qG@g  
−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。 +SZ#s:#SE  
/M\S^!g@  
3,S5>~R=  
 系统内的光栅建模 v
=iz*2+X  
n[AJ'A{  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 AbcmI*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。 DyYl97+Z?  
<b{Le{QJ*  
}NiJDs  
     71w  
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。 kc1 *@<L6  
`b# w3 2  
3. 系统中的光栅对准 NrhU70y  
6(<M.U_ft  
=DcKHL(m  
 安装光栅堆栈 &z&Jl#t-)  
−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）。 D{PO!WzW  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 9Z6O{ >  
 堆栈方向 htkn#s~=  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 `cMa Fc-y/  
%~}9#0h)  
}V6}>!Sb  
HVh+Zk  
Cq}LKiu  
 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）。 vAHJP$x  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 <?2[]h:wp  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 I>C;$Lp]  
(LkGBnXE  
;,'eO i  
QU8?/  
CdC&y}u  
 横向位置 &AoXv`l4
 
−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。 \;$j "i&  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 5lVDYmh  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 ,^`+mP  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 f.,S-1D]h  
 通过组件定位选项。 GwxfnCKi9  
KZsSTB6J  
V`G)8?%Vy  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 YDz:;Sp\  
xzAyE5GL>  
p/4GO
U5g  
 单光栅分析 svHs&v  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 JY4 +MApN  
 系统内的光栅建模 5 ,quM"  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 qIuY2b`6  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 Kw"7M~  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 `>g: :  
8! pfy"  
G# .z((Rj  
305()  
5. 光栅级次通道选择 v`*!Bhc-  
Xj.6A,}^  
" q0lh  
 方向 5O]ph[7  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 118A6qyi  
 衍射级次选择 kOs_]  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 P!0uAkt9C  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 v0apEjT  
 备注 l)4KX{Rz{A  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 ~%bz2Pd%  
FI Io{ru  
E&7U |$  
rMdOE&5G  
6. 光栅的角度响应 d+\o>x|Y!Y  
?qO_t;:0>  
D0.7an6  
 衍射特性的相关性 LW{7|g  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 nulVQOj|  
- 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。 ovvR{MTc  
- 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） !w(J]<  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 R]/3`X9!d>  
6H53FMqr  
-V%"i,t  
9NBFG~)|l[  
示例＃1：光栅物体的成像 7:)=  
^"(CZvq  
1. 摘要 P>9F(#u_(F  
`gDpb.=Y  
AU OL?st  
9l]+rs+  
Rr{mD#+  
X6)-1.T&  
W_Z%CBjcT  
2. 光栅配置与对准 1~zzQ:jAZ  
   '-N `u$3Y  
zn@<>o8hU  
O&RW[ml*3  
Pv|g.hH9m  
&5h{XSv  
     I}q
2)@  
3. 光栅级次通道的选择 Hbn%CdDk1  
SIYBMe  
lA<n}N)j  
   aY@]mMz\
 
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 PzMJ^H{  
T~8==Z{[  
1. 光栅配置和对准 -GCC  
MHeUh[%(  
IW?).%F  
{p[{5k 0  
Ti$G2dBO  
2Tec#eYe  
2. 基底处理 aMe]6cWHV>  
r'/&{?Je/  
Kkcb'a
DR  

K|,P  
3. 谐振波导光栅的角响应 =PYfk6j9  
Y3=5J\d!a  
H=RzY-\a%  
u1a0w  
4. 谐振波导光栅的角响应 /Jj7+?  
%A64AJZ  
'9@S  
   C~-x637/  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 `?f6~$1  
: fMQ,S0  
1. 用于超短脉冲的光栅 Kh&W\\K  
w"ZngrwBl  
m#1>y}  
0)F.Y,L  
J_NY:B  
P1C{G'cR  
iMjoatt  
2. 设计和建模流程 K</EVt,U~  
1Xzgm0OS;  
JYbsta  
Iue}AGxu:{  
3. 在不同的系统中光栅的交换 uDD{O~wF,  
}?G([s56  
sjGy=d{:oL