[技术]光学系统中的光栅建模——实例讨论 [复制链接]

1. 摘要 ;Y9-0W  
L'L[Vpx  
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。 "zZZ h  
uEui{_2$  
H~:EPFi.(  
a${<~
M hm  
2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述 H5!e/4iz  
N> jQe  
 单光栅分析 /nWBol,  
−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。 ?RQ_LA;  
−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。 (|9t+KP  
/N9ct4 {^  
v|Y ut~  
 系统内的光栅建模 yQ!I`T>a  
5RsO^2V:  
−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<<uef9  
−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。 lW|`8ykp  
YN}vAFR`  
38#Zlcf  
VjLv{f<p  
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。 0PD=/fh[  
Ji)Ys ebV  
3. 系统中的光栅对准 J!\oH%FJp  
x/dyb.  
Xti.yQx\  
 安装光栅堆栈 P
C!g?6J  
−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）。 vzFo"  
−参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 p?2^JJpUb  
 堆栈方向 hQ ?zc_3  
−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈 IOT-R!.5V  
Marx=cNj
 
M;LR$'cP  
19b@QgfWpb  
b/"gUYo  
 安装光栅堆栈 HA74s':FN  
- 为了描述系统内的光栅，光栅堆栈始终固定在参考表面上（仅平面）。 %<0'xJ%%Q  
- 参考面在3D系统视图中可视化，并有助于对齐光栅。 N 9W,p2  
 堆栈方向 oy-y QYX  
- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。 -v! ;  
- 更改此选项时，必须注意嵌入介质设置。 _#K?
yP?  
M}e}3w  
N*+L'bO  
yV*jc`1  
Du #>y!  
 横向位置 ;pj,U!{%s\  
−对系统中的一般场与光栅的相互作用进行建模时，必须考虑光栅的横向位置。 xLSf /8e  
−例如，激光束（紧密地）聚焦在线性光栅的带状结构或者气隙上，效果可能会大不相同。 K7X*N  
−光栅的横向位置可通过一下选项调节 f?$yxMw:@  
 在堆栈设置中（不同光栅选项可能有所不同）或 ik#ti=.  
 通过组件定位选项。 6UI6
E)g  
n^|SN9_r  
Vi`P &uPF  
4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理 Re+oCJ  
22'Ra[  
}9kn;rb$g  
 单光栅分析 NvC @  
- 通常，衍射效率的计算通常忽略基底的影响。 xX|f{)<  
 系统内的光栅建模 EU7nS3K)O~  
- 但是，任何现实的光栅结构都放置在基底上，使用平面组件及它们之间的自由空间对其进行建模。 t$ 97[ay  
- 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。 tA]u=-_h  
- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。 xR8y"CpE  
{n&GZG"f  
OLo?=1&;;  
_6!iv  
5. 光栅级次通道选择 fA"c9(>m%]  
`A9fanh  
:k-@w5(  
 方向 7 0PGbAD  
- 输入场可从正面或背面照射光栅，并可反射或透射。 -<L5;  
 衍射级次选择 eLLOE)x  
- 对于方向组合，可能会有多个衍射级。 # [ +n(  
- 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/^l2CJ0  
 备注 qI>,PX  
- 在FMM计算中，光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响 &c}2[=  
1BgHkDW  
-/ G#ls|?  
"!_vQ^y  
6. 光栅的角度响应 3-oKY*jO  
4V;-*:  
X#Ob^E%J  
 衍射特性的相关性 3,EtyJ3[Bh  
- 对于给定的光栅，其衍射特性与入射场相关。
g}S%D(~  
- 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。 el\xMe^SY  
- 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） "_2;+@+  
- 对于给定的输入场，VirtualLab Fusion自动确定角度范围。 EI)2c.A  
QeN7~ J  
re,}}'  
aK_k'4YTm  
示例＃1：光栅物体的成像 I2krxLPd  
| #b/EA9  
1. 摘要 Al]*iw{  
.4l cES~  
>3*a&_cI=k  
Q+/P>5O/  
→ 查看完整应用使用案例
Z +O<IF%  
Ms5R7<O.7  
2. 光栅配置与对准 GvvKM=1  
a_]l?t  
8Q"1I7U  
Bz|/TV?X(  
;U$Rd,T4S  
y2mSPLw  
XL
9-N?(@  
3. 光栅级次通道的选择 J qmL|
S)  
;JMmr-@  
2Q7X"ek~[  
pe>?m^gz[  
示例2：波导谐振光栅的角灵敏度测试 \j-:5M#m  
Bj"fUI!dK  
1. 光栅配置和对准 (Q&O'ng1  
 DF=Rd#  
K`j:F>b  
=(Y0wZP|  
→ 查看完整应用使用案例 xZM4CR9]*C  
:."6g)T  
2. 基底处理 mB6%. "  
nywC]T  
?>I  
a8G<x<  
3. 谐振波导光栅的角响应 | +uc;[`  
/{
/mwS"W  
5sj$XA?5  
I~Qi):&x  
4. 谐振波导光栅的角响应 w~jm0jK]  
Crl:v8  
|/$954Hr#<  
/d/]#T[Z9  
示例3：超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法 F~hH>BH9  
a#x@e?GvI  
1. 用于超短脉冲的光栅 :h/v"2uDN  
Z6Z/Y()4Tl  
B2KBJ4rI[1  
):nC%0V  
→ 查看完整应用使用案例 ?<5KLvGv  
:Bu)cy#/[  
2. 设计和建模流程 d0f(Uk  
c/:k|x  
a;nYR5f  
y+V>,W)r7  
3. 在不同的系统中光栅的交换 Y7 K2@257  
jGo\_O<of