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光学系统中的光栅建模——实例讨论
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infotek
2025-10-15 08:08
光学系统中的光栅建模——实例讨论
1. 摘要
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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。
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2. VirtualLab Fusion中的光栅建模——概述
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单光栅分析
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−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。
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−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。
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系统内的光栅建模
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−在常规光学设置中,可以将光栅组件插入系统的任何位置。
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−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。
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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。
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3. 系统中的光栅对准
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安装光栅堆栈
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−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)。
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−参考面在3D系统视图中可视化,并有助于对齐光栅。
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堆栈方向
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−可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈
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安装光栅堆栈
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- 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)。
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- 参考面在3D系统视图中可视化,并有助于对齐光栅。
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堆栈方向
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- 可以在参考表面的正面或背面安装光栅堆栈。
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- 更改此选项时,必须注意嵌入介质设置。
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横向位置
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−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。
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−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。
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−光栅的横向位置可通过一下选项调节
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在堆栈设置中(不同光栅选项可能有所不同)或
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通过组件定位选项。
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4. 基底、菲涅耳损耗和衍射角的处理
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单光栅分析
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- 通常,衍射效率的计算通常忽略基底的影响。
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系统内的光栅建模
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- 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。
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- 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。
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- 它还有助于处理不同介质中的衍射角。
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5. 光栅级次通道选择
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方向
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- 输入场可从正面或背面照射光栅,并可反射或透射。
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衍射级次选择
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- 对于方向组合,可能会有多个衍射级。
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- 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。
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备注
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- 在FMM计算中,光栅级次通道的选择对衍射级次数没有影响
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6. 光栅的角度响应
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衍射特性的相关性
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- 对于给定的光栅,其衍射特性与入射场相关。
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- 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。
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- 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)
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- 对于给定的输入场,VirtualLab Fusion自动确定角度范围。
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示例#1:光栅物体的成像
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1. 摘要
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查看完整应用使用案例
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2. 光栅配置与对准
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3. 光栅级次通道的选择
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示例2:波导谐振光栅的角灵敏度测试
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1. 光栅配置和对准
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查看完整应用使用案例
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2. 基底处理
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3. 谐振波导光栅的角响应
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4. 谐振波导光栅的角响应
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示例3:超短脉冲系统中偏振无关光栅的设计及其用法
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1. 用于超短脉冲的光栅
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查看完整应用使用案例
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2. 设计和建模流程
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3. 在不同的系统中光栅的交换
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