[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。 ?YS>_MN  
`62v5d*>a  
^ex\S8j  
m<-!~ ew  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 QwWd"Of  
QJ4$) Fr(  
 单光栅分析 UAhWJ$(C  
−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。 mu@J$\   
−它有助于分析和可视化光栅的衍射特性，例如衍射角度和效率。 HrvyI)4{  
(~zu4^9w  
rf%lhBv  
 系统内的光栅建模 z5]6"v-  
`sT;\  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 ?l?l<`sTO  
−这样可以对系统内的光栅进行建模，从而在考虑光栅可能产生的影响的情况下评估系统性能。 =X7kADRq  
r5S/lp+Y+N  
<n]PD;.4  
     b;UDgq8v  
两种建模方法通常可以一起使用，如先优化光栅结构本身，然后将其插入系统。 ga%\n!S  
,GYQ,9:  
3. 系统中的光栅对准 6d6cZGS[:  
8R3{
YJ6@T  
v f{{z%3T  
 安装光栅堆栈 !P=Cv=  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 KoNu{TJ  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 s{'Sl{-Eu  
 堆栈方向 {sC Ni  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 }^Q:Q\  
>jAFt_  
MmjZq  
#\l
vzMjCC  
y'!
OA+ob  
 安装光栅堆栈- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 w/m@(EBK  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 堆栈方向 jjj<B
'zt  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 Q*>)W{H&)  
?<!qF:r:  
f_S$CFa@  
3Xu|hkK\e  
;F"!$Z/  
 横向位置 >z\IO  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 O68-G   
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 I!Z`'1"  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 T(*,nJi~9  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 -/JEKwc  
 通过组件定位选项。 -|m3=#  
+112{v=!i  
xyGwYv>*KO  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 Th9V8Rg+E  
z.cDbkf}  
O0qG 6a  
 单光栅分析 =){G  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 eW(pP>@k,  
 系统内的光栅建模 }Kgi!$<aQx  
- 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。 'OtTq8G  
- 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。 ]LC4rS  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 M co:eE  
F5Xb_&   
0#J~@1Gf  
cRnDAn#42  
5. 光栅级次通道选择 A{zqr^/h  
lw9jk`7^  
Ea@0>_U|  
 方向 ZR}v_]l^  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 D j9aTO  
 衍射级次选择 N# }w1]  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。  +x 3x  
- 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。 /(BS<A  
 备注 kT@ITA22  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 o&1mX  
eVfD&&@  
, lR(5ZI  
kS-BB[T  
6. 光栅的角度响应 CqnHh@]nu  
>j=ZB3yZ  
~DK.Y   
 衍射特性的相关性 uQO5GDuK>  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。 ]2@(^x'=  
- 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。 3HrG^/  
- 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） l7VO8p]y[R  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 !.j{vvQ/  
F|F0#HC ?  
$\P/ %eP  
S5hc@^|0Z  
示例＃1：光栅物体的成像 Wa^Wn +r  
-NwG' U~  
1. 摘要 [}4zqY{  
%>*?uO`z[  
F-3=eKZ  
%0-oZL  
$Lstq_x+  
SSF:PTeG>  
H>/,Re  
2. 光栅配置与对准 j-1V,V=  
   1/9*c *w  
jI8`trD  
mx}5":}  
^`yhN  
bDvGFSAH  
     SdlO]y9E  
3. 光栅级次通道的选择 yT/rH- j;5  
EcH
Zmf  
55O}SUs!P  
   mHMsK}=~  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 uN<=v&]q  
c/K#W$ l  
1. 光栅配置和对准 U=D;CjAh  
961&rR}d  
la{?
&75]  
[1(eSH  
,.P]5 lE  
zdJPMNHg  
2. 基底处理 ;b [>{Q;  
LE}`rW3  
wBpt W2jA  
w]MI3_|'r(  
3. 谐振波导光栅的角响应 #6@hVR.  
PNAvT$0LaZ  
[Z/P[370  
bq7+l4CGTv  
4. 谐振波导光栅的角响应 ]B(}^N>WH  
6g-jhsW6  
On);SN'  
   DH.`  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 R,D/:k'~k  
{($mLfC4  
1. 用于超短脉冲的光栅 Qf0P"s`  
{@KLN<  
qsp3G7\'=  
[UkcG9  
~W>{Dd(J_  
Eo$l-Hl5=  
1R-0b{w[  
2. 设计和建模流程 ypM,i  
z&!o1uq  
53uptQ{  
$!G|+OuTR  
3. 在不同的系统中光栅的交换 MkVv5C  
n2*Ua/J-8  
^e "4@O"