[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。 UpqDGd7M  
B:tGD@  
(=w ff5U  
)}SiM{g  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 MKr:a]-'f~  
]|4mD3O  
 单光栅分析 hP=z<&zb/  
−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。 /[Sy;wn  
−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。 Bk8 '*O/)  
hionR)R4  
k?'PCV  
 系统内的光栅建模 >Av%[G5=h#  

q pFzK  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 ?p!+s96  
−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。 *,p
16"Q;  
;@I}eZ,f$  
21G:!t4/?n  
     gfAVxMg  
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。 K7$Vl"l  
p$&6E\#7  
3. 系统中的光栅对准 .@;,'Xw1~  
Nx"v|"  
O7\)C]A  
 安装光栅堆栈 ^p!bteA>  
−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）。 a3oSSkT  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 /pDI \]  
 堆栈方向 IXmO1*o@  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 s\i.pd:Q  
k0R;1lZ0n  
z/t:gc.  
}V %b  
Y&_1U/}h  
 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）。 5s2334G  
- 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 ?4}EhXR(  
- 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。 6Bfu89  
1MzOHE
 
7<VfE`Q3  
Q.[^5 8  
mLn =SU{#  
 横向位置 ))>)qav  
−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。 $\@yH^hL  
−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。 =xX\z\[A  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 R!.HS0i.  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 dc0Ro,  
 通过组件定位选项。 `g iCytv  
0IEFCDeCO  
Zm@ O[:~  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 @Q atgYu  
nNff~u)I  
W[3)B(Vq<E  
 单光栅分析 IK-E{,iK
c  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 o s HE4x  
 系统内的光栅建模 p }bTI5  
- 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。 i>[1^~;  
- 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。 l@om2|B  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 :{tvAdMl7  
2JYt.HN  
w{"GA~=  
Z qg(\  
5. 光栅级次通道选择 b_ |  
3rZ"T  
1XO*yZF  
 方向 ^eEj 5Rh  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 +mT}};-TS  
 衍射级次选择 -$4%@Z  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 f.=4p^  
- 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。 c])b?dJ*  
 备注
G?]E6R  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 f6Wu+~|Y  
"/?*F\5  
[hS?d.D   
?Ib/}JST  
6. 光栅的角度响应 R6Cm:4m}I  
_|Ml6;1aZ  
]Nvtiw 6  
 衍射特性的相关性 DwZt.*  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 WU1o4&OF  
- 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。 +2w54X%?M  
- 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） ?8(`tS(_?  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 WL}6YSC  
tGd<{nF%2  
h& (@gU`A  
g}3c r.  
示例＃1：光栅物体的成像 vmOXB#7W  
)B*?se]LJ  
1. 摘要 Ik1,?A
 
4T9hT~cT7  
S_:(I^  
*4qsM,t  
uPV,-rm[F_  
),\>'{~5&  
:*&wnQMKR  
2. 光栅配置与对准 o
jVpw4y.  
   0mj=\j  
H8K<.RY  
:<&}/r  
X{#@ :z$  
%1VMwqC]E  
     d!KX.K\NM,  
3. 光栅级次通道的选择 D-3/?"n  
!Y]}&
pUP  
!qcu-d5b  
   y=vH8D]%X  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 YC=BP5^  
Op)0D:BmR  
1. 光栅配置和对准 6ddkUPTF  
Z{p6Q1u  
B@zJ\Ir[  
f/;\/Q[Z7  
I I>2\d|   
EkSTN  
2. 基底处理 iW"L!t#\|  
F41!Dj7  
}7=a,1T  
GYO\l.%V5y  
3. 谐振波导光栅的角响应 `8dE8:#Y  
N^ D/}n  
-Ez|  
>>$IHz4Z"  
4. 谐振波导光栅的角响应 eF8`an5S  
INbjk;k  
cZ!s/^o?f  
  
0dcXgP  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 &YT7>z,  
Q5,@P?  
1. 用于超短脉冲的光栅 uCu,'F,6Y  
|O4A+S  
gs8L/veP  
qz0v1057#  
0X0D8H(7Q  
hx^a&"  
xeI ,Kz."  
2. 设计和建模流程 Xl/G|jB9  
g?>AY2f[5  
44W3U~1  
%C3cdy_c  
3. 在不同的系统中光栅的交换 *}_/:\v  
9iFe^^<ss  
p_z"Uwp