[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。 un[Z$moN"  
)L`0VTw'M  
9q;\;-  
j]6j!.1  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 pd,5.d  
R\+p`n$  
 单光栅分析 Hq^sU%  
−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。 U]fE(mpI9  
−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。 rZZueYuXO  
a[)in ,3  
j3~:\H  
 系统内的光栅建模 Tc@r#!.m  
0vUX^<  
−在常规光学设置中，可以将光栅组件插入系统的任何位置。 7 #_{UJ%  
−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。 LN?fw  
ekfD+X  
/+Xv(B  
     H;}V`}c
<`  
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。
}(dhXOf\q  
`Y/DttjL  
3. 系统中的光栅对准 -.1x!~.jX  
(M6B$:  
0W9,uC2:N  
 安装光栅堆栈 4_`+&  
−为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 DPi%[CRH  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 [X=-x=S,  
 堆栈方向 m"~$JA u  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 8OZc:/  
3t(nV4uDF  
cgm]{[
f  
.wx;
!9  
JMw1qPJQ  
 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）。 gec<5Ewg  
- 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 N9Yc\?_NU_  
- 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。 A--Hg-N|  
Dq Kk9s;6_  
s6w</  
?I`']|I  
S?*v p=  
 横向位置 rFSLTbTf  
−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。 R|ViLty  
−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。 Ezm ~SY  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 :p(3Ap2TY  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 m ,)4k&d  
 通过组件定位选项。 s<xD$K~rM  
Ej ip%m  
0eQyzn*98  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 ykxjT@[  
a{QHv0goG  
%?y
?rt  
 单光栅分析 ]&qujH^Dd*  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 ]k_@F6 A  
 系统内的光栅建模  Jt.dR6,  
- 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。 MSoLx' <  
- 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。 "44VvpQC  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 sYiegX`1c  
R>To L  
_LFZ0  
,g#=pdX;  
5. 光栅级次通道选择 Z[yQKy  
"6lf~%R"  
q[n
X<tO  
 方向 C+cSy'VIK!  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 r Ka7[/  
 衍射级次选择 ce/Rzid  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 >0=`3X|Y7  
- 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。 }L{en  
 备注 SgHLs
  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 9Y- Sqk+  
=GTltFqI1  
4T`u?T]  
@3K)VjY7  
6. 光栅的角度响应 d%
\{,  
G@oY2sM"  
h-=3b  
 衍射特性的相关性 KY<>S/  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。  Y5$5qQ  
- 对于不同的波长/偏振，衍射效率也不同，并且对于不同的入射角，衍射效率也不相同。 !iWPldn&]  
- 为了解决与角度有关的衍射行为，可能需要指定k域中的采样点（等效于角度空间） |Ma"B4  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 =LL5E}xP  
YBN@{P$  
~&[Wqn@MZ  
0PI
C|  
示例＃1：光栅物体的成像 EkgS*q_  
DKAqQ?fS  
1. 摘要
znw\Dn?g  
.dt7b4.kd  
b{=2#J-  
E'?yI'~=  
(GJ)FWen0"  
_{)e\n  
y5 $h  
2. 光栅配置与对准 ='q:Io?T  
   bX:Y5o49  
k, &*d4  
7c1xB.g   
V~tq _  
v}!eJze
H  
     5e~\o}
]  
3. 光栅级次通道的选择 ^&MMtWR  
ya0L8`q  
%|}obiV)  
   R"EX$Zj^E  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 .8S6;xnkC  
t&T0E.kh*X  
1. 光栅配置和对准 +VkhM;'"C  
(|I:
d!>:U  
-@X?~4Idz  
, \|S BS  
Q3vC^}Dmr  
<[ />M  
2. 基底处理 +!6aB|-  
[x ?38  
0W<:3+|n4  
w$WN` =  
3. 谐振波导光栅的角响应 n#[-1(P  
Xp@8vu  
NBuib
L  
wWv")dk3i  
4. 谐振波导光栅的角响应 HpSmB[WF  
!qsk;Vk7Z  
D0Yl?LU3  
   19Xc0ez  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 w?)v#]<-  
kNP.0  
1. 用于超短脉冲的光栅 0OO$(R*  
/ PDe<p  
dqMt6b\}  
D's'LspQ  
3e4; '5q;  
R("g ]  
PXqLK3AE  
2. 设计和建模流程 jX}}^XwX  

.}n,  
2?9 FFlX  
2\h}6DGx2  
3. 在不同的系统中光栅的交换 mX
3~rK>@~  

M3c!SXx\  
F(c~D0