[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。 ' Y cVFi  
/G& %T  
iU9>qJ]  
3lT>C'qq  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 I'>r  
\SQwIM  
 单光栅分析  b@m\ca  
−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-3y`31i.  
−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。 p7eRAQ\'  
U3 y-cgE  
&(t/4)IZox  
 系统内的光栅建模 jce^Xf  
`D9AtN] R  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 l4smAT  
−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。 'v:%} qMv  
0tyS=X;#e  
\g<=n&S?  
     )%D>U  
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。 
w0!4@  
TX7]$Wj  
3. 系统中的光栅对准 VdetY\  
o:8*WCiqrN  
YH^h?s  
 安装光栅堆栈 j@4AY}[tX  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 +8~C&K:  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 eSlZAdK  
 堆栈方向 -`<KjS  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 k7\ ,No}  
afNqK~  
*D6X&Hg&5  
%?WR9}KU0  
N6wCCXd  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 WjVj@oC  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 -
T+7u  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 = gbB)u-Pc  
vk]vtjf&%  
'g7eN@Wh.z  
AQ` `Dp  
 ]H_|E  
 横向位置 3sy|pa  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 UoSzxL  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 ? j8S.d~  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 G3
78,H  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 W{z{AxS  
 通过组件定位选项。 '|JBA.s|  
%pk'YA{M)q  
{ICW"Rlcs  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 -IF3'VG  
s%c
>Ge  
Sh+$w=vC  
 单光栅分析 Y!C8@B$MR3  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 O<EFm}Ae  
 系统内的光栅建模 K,'v{wSr  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 quGvq"Y>  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 yoc;`hO-  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 /-v6jiM  
q}'ww  
2S^:fm}  
G!L(K  
5. 光栅级次通道选择 N(W;\>P  
Gi=s|vt  
Ub_!~tb}?  
 方向 j[e<CGZ  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 ! O~:  
 衍射级次选择 ~#^suy?  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 4,)EG1  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 pdFa]  
 备注 m:  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 -)Zp"  
1;8%\r[|5^  
Q2(K+!Oe  
:fx^{N!T  
6. 光栅的角度响应 tzn+ M0'  
[)wLj
i7MK  
=}1)/gcM  
 衍射特性的相关性 CNkI9>L=W`  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 2^;zj0]Rt  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 )A1u uW (  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） Am @o}EC  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 dvX
[,*wz  
tP0\;W  
n
;+`%;6  
aB*'DDlx"r  
示例＃1：光栅物体的成像 Ua2waA  
P1u(0t  
1. 摘要 LjEG1$F>  
BJNZH#"  
yRyUOTK  
FBP'AL|  
km,I75o.  
 gmW-#.  
<<M1:1  
2. 光栅配置与对准 5"WI^"6b:  
   GnFm*L  
3"O&IY<  
\MU-D,@  
aT_%G&.  
h7a/]~  
     .:I^O[k  
3. 光栅级次通道的选择 vBLs88  
?l>Ra0  
dzRnI*  
   4o69t  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 #Y%(CI  
F6Ne?[b  
1. 光栅配置和对准 h2P&<ggqX  
o#\c:D*k  
Qu_=K_W  
m>{I>:sq  
n3" @E<rW  
K0'= O  
2. 基底处理 m88(f2Ch  
J
KY  
cES8%UC^i  
E@J}(76VS  
3. 谐振波导光栅的角响应 W1 \dGskV  
&ev#C%Nu  
JE_GWgwdv  
!%/2^  
4. 谐振波导光栅的角响应 #B6$r/%  
ys- w0H  
7TB&Q*Zf  
   f7?u`
"C  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 9ePR6WS4  
qNX+!Y}y  
1. 用于超短脉冲的光栅 f64}#E|w  
d04fj/B  
_T(77KLn;  
_+ERX[i  
#Fckev4  
vs2xx`Y<Lq  
l(Y\@@t1  
2. 设计和建模流程 !N74y%=M  
'-V[tyE  
1B`JvNtd  
\F9HsR6  
3. 在不同的系统中光栅的交换 |[iEi  
ZK`x(h{p)  
&\W5|*`x-