[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。 :Ni#XZ{F-/  
:vIJ>
6lIR  
ma-GvWD2  
UH0l8ixc  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 @{RhO|UR  
tvf.K+  
 单光栅分析 -q9m@!L  
−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。 JtY$AP$  
−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。 sg-^ oy*^  
UTE6U6  
evZP*N~G  
 系统内的光栅建模 jNx{*2._r  
(PH7nW7  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 h-Y>>l>PW0  
−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。 ,<+:xl   
uQbag]&j  
|APOTQ
V  
     v&G9HiH  
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。 &a'mG=(K_c  
qF^
P\cD
 
3. 系统中的光栅对准 I 2AQ G  
~pp< T  
.9Oj+:n  
 安装光栅堆栈 \C~6 '  
−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）。 4y}z+4  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 >0:3CpO*  
 堆栈方向 hj"JmF$m  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 @i'D)6sC  
`L$Av9X\  
vv)w@A:Vn)  
<t!0{FJ  
>A]l|#Rz  
 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）。 {?^ES*5  
- 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 jTqJ(M}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。 X} V]3  
FZU1WBNL%t  
:(OV{ u  
GGwwdB\x'  
6(?@B^S>2  
 横向位置 E`HA0/  
−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。 Am3j:|>*  
−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。 2vB,{/GXP  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 XFs7kTY  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 um]N]cCD`  
 通过组件定位选项。 4MDVR/Z7  
K)l*$h&-  
ER-Xd9R  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 'bZw-t!M@  
LjGLi>kI~  
&<#1G u_  
 单光栅分析 _"D J|j  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 OAo03KW  
 系统内的光栅建模 kz1Z K  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 wp8-(E^  
- 平面建模考虑了菲涅耳损耗，但不与光栅叠层的FMM计算耦合。 tMU10=d  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 :-+][ [  
gjK: a@{  
-$%~EY}  
yTbtS-  
5. 光栅级次通道选择 [Z'4YXS  
aB G*  
4E!Pxjl3a  
 方向 4 }_}3.  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 S=< ]u  
 衍射级次选择 nWYfe-zQxg  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 v(O@~8(I  
- 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。 4;Hm%20g  
 备注 s#0m  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 70*yx?TV  
`.VkR5/  
uGl
z|C  
]Zay9jD}c-  
6. 光栅的角度响应 zYPvpZV/  
7~MWp4.  
DT;;4-{  
 衍射特性的相关性 S
)2Uoj  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 T8T,G4Q  
- 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。 '@hnqcqXq  
- 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） RC"xnnIJv  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 |
QH )A  
:/Y4I)'  
f
B; o3!y  
{iLr$89  
示例＃1：光栅物体的成像 1U~'8=-  
lg (>n&  
1. 摘要 0j#$Swa  
_#P5j#  
C}XB%:5H5  
+x:VIi  
mp]UUpt  
:e_yOT}}  
a 6fH*2E  
2. 光栅配置与对准 <&M5#:
u  
   9fSX=PVRmQ  

l`K5fk  
.W-=VzWX  
c$hoqi |tD  
#DTBdBh?I  
     /8(t:  
3. 光栅级次通道的选择 exm*p/  
\H
Jt}  
i6h0_q
8 >  
   rlDJHR6  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 {
-5b[m(  
);F /P0P  
1. 光栅配置和对准 P}p6{  

f%d =X>_  
1\,wV,  
w\.z-6G  
@2$iFZq~  
vC5 (  
2. 基底处理 Cd'SPaR  
J&b&*3   
xF9PjnWF=  
+Mh9Jf  
3. 谐振波导光栅的角响应 W&k2z,|  
&]'<M  
Sh5SOYLz  
Op<|Oz$Q|l  
4. 谐振波导光栅的角响应 F a'2i<  
w.0]>/C  
B7qiCX}pD  
   #T)gKp  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 G9\@&=  
X=OJgyO/  
1. 用于超短脉冲的光栅 }NJ? .Y  
ze%)fZI0f  
(hX}O>  
ViT$]Nv  
s*pgR=dZZ  
Z,Tv8;  
D3%`vqu&  
2. 设计和建模流程 U5wO;MA  
t[L'}ig!q  
76*5/J-  
PizPsJ|&  
3. 在不同的系统中光栅的交换 [HhdeLOX  
DPsf]  
6|:]2S