[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。 2L;=wP2?{  
u-y?i`  
<9 ^7r J  
0{%@"Fb0O  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 Al6%RFt  
_b/zBF
a%  
 单光栅分析 ]|PTZ1?j  
−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。 %qo.n v  
−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。 1\UU"  
$:oC\K6  
~Gmt,l!b  
 系统内的光栅建模 ZiQ<SSo:  
9 Xl#$d5  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 4H,c;g=!  
−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。 :L+xEL  
#9r}Kr=P  
Yb`b/BMR  
     z9OpMA  
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。 F(."nUrf  
z8'zH>  
3. 系统中的光栅对准 4G' E<ab  
j!!s>7IZ  
e(a,nZF.  
 安装光栅堆栈 YaSBIq{z  
−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）。 S'qT+p
P  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 =y@0il+V  
 堆栈方向
QtG6v<A  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 w9<'0wcs  
n{MTh_C4n  
O9d"Z$~n=j  
0iZeU:FE  
T:'JA
 
 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）。 pO7OP"q1  
- 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 :x[()J~N  
- 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。 o!~XYEXvUa  
\+sa[
jK  
hx;kNcPbI  
;Wy03}K4J  
"5k6FV  
 横向位置 kiN,N]-V  
−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。 7?uDh'utt  
−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。 (!5Pl`:j"  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 fU ;H  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 ,q#SAZ/N  
 通过组件定位选项。 ,9jk<)m]L  
X[tB^`  
{D",ao   
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 WxO+cB+?  
SE'|||B  
9'sZi}rT  
 单光栅分析 wGT>Xh!  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 _<mY|  
 系统内的光栅建模 'v0rnIsI?  
- 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。 gy,)%{,G  
- 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。 A'~mJO/  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 p.8  
!LpjTMYs  
|4pl}:g/Z  
NkNFx<9T  
5. 光栅级次通道选择 vdgK3I  
nj;3U^  
Z8ivw\|M8  
 方向 Ag+B*  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 CYE[$*g6y  
 衍射级次选择 <+q`Dk  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 .),9qz`  
- 并非总是需要考虑所有衍射级，建议仅使用感兴趣的衍射级。 _oG%bNM  
 备注 GT]>  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 Twd*HH  
*My9r.F5o  
`@1e{?$  
LprGsqr:  
6. 光栅的角度响应 J!~kqNI  
hO3 q|SL  
..nVViZ  
 衍射特性的相关性 XY? Cl  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 0L3
2sFy  
- 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。 wL:7G  
- 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） O>nMeU  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 iJoY
xx  
+L'Cbv="  
:tnW ivrwR  
xq,ql@7  
示例＃1：光栅物体的成像 BGj!/E  
V0 Z8VqV  
1. 摘要 n^|xp;] :  
`'XN2-M8  
{`M\}(E  
}vY^eOK.  
rf@4
7H  
w{L9-o3A  
McS]aJfrk  
2. 光栅配置与对准 /E\04Bs  
   $n!5JS@40  
 *$DD+]2  
SYsO>`/ )  
Hq<4G:#  
pnp8`\cIH  
     jwLZC  
3. 光栅级次通道的选择 Ev3'EA~`  
svxjad@l/  
z<fd!g+^  
   I;wxgWOP  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 (b[=~N
h'  
E.Th}+
  
1. 光栅配置和对准 p8-$MF]]6  
`5Z'8^  
*3={s"a.(  
1oiS
mW\  
"m6G;cv  
wVI_SQ<8V  
2. 基底处理 w<h8`K`3  
~J~R.r/  
ZQ`4'|"  
$`\qY ^.(  
3. 谐振波导光栅的角响应 #tsP  
u0k'Jh]K  
N>a~k}pPH  
ju;OQC~[L]  
4. 谐振波导光栅的角响应 ONpvx5'#  
@Z#h?:  
*Od?>z  
   zx:;0Z:S6>  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 q\jq9)  
z!b:|*m]w  
1. 用于超短脉冲的光栅 UfO='&U^  
$'d,X@}8  
'?.']U,: $  
$39TP@?:Z)  
CXz9bhn<4  
Z<AZO ^  

]lyQ*
gM  
2. 设计和建模流程 !@P{s'<:  
>b0Bvx-  
0i8\Lu6  
jp~Tlomp  
3. 在不同的系统中光栅的交换 GJE+sqMX1  
FGc#_4SiL  
L$!2<eK