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    [分享]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

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    在线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-05
    教程565（1.0） /h+8A' ,  
    IzsphBI  
    1.模拟任务 Ai:BEPKe  
     i'4B3  
     本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 DKne'3pH  
     设计包括两个步骤： 1>*#%R?W  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 :axRoRg  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Px$/ _`H  
     设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 ]4~lYuI4  
    !;0U,!WI  
    RM K"o?  
    照明光束参数 #OIcLEn%  
    G;&-\0>W  
    t0o`-d(  
    波长：632.8nm 21 O'M  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     K&nE_.kbl  
    '>&^zgr  
    理想输出场参数 %`OJ.:k  
    ZYI{i?Te#  
    {6"Ph(I1  
    直径：1° ;gBRCZ  
    分辨率：≤0.03° PK;*u,V  
    效率：>70% afv~r>q(-  
    杂散光：<20% #.it]Nv{  
     IOb*GTb  
    Y<mej][  
    2.设计相位函数 /a^1_q-bX  
    CsTF  
    }!;s.[y  
    %1H[Wh(U  
     相位的设计请参考会话编辑器 _z'u pb&  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 e<=cdze  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 ~;1l9^N|  
     P/c&@_b  
    3.计算GRIN扩散器 Av"R[)  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。  Jd%H2`  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 }2(,K[?  
     最大层厚度如下： 9{-EJ)  
    e?opkq\f  
    4.计算折射率调制 'XZ) !1N  
    MOsl_^c  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 9/hrjItV  
    kB/D!1 "  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 U'R)x";=  
    gUxP>hB  
    4G$|Rx[{,  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 *$p2*%7Ne  
    +VCGlr  
    D[^m{ 9_  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 D$bIo "  
     CPP` qt%f  
    <z]cyXv/  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 /wP@2ADB  
    +)j$|x~(A  
    5#> 8MU?&  
    {P{bOe  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 wW#}:59}  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 )^4\,u\@  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 p$h4u_  
    lmfi  
    5.X/Y采样介质     /h*>P:i].  
    $4tWI O  
    ;\lW5ZX  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 Eve.QAl|  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 r.#t63Rb  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 {) Q@c)'  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 um4yF*3b9  
    2'_:S@  
    bty/  
    7 qj9&bEy  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 IG|X!l  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 x9;gT&@H  
     应该选择像素化折射率调制。 7RUofcax  
    `t_W2y   
    .2>p3|F  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 |P -8HlOr  
     只优化和指定一个单周期。 4W3\P9p=  
     介质必须切换到周期模式。周期是 qQ"Fv|]~>  
    1.20764μm×1.20764μm。     9[m6Li  
    7N:Y?Hi\  
    6.通过GRIN介质传播 q)Fq i  
    dl ~%MWAVb  
    rb1`UG"h$  
    hjIT_{mk  
     通过折射率调制层传播的传播模型： xKQ+{"?-^g  
    - 薄元近似 #a`a$A  
    - 分步光束传播方法。 \>C YC|  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 f}1&HI8r  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 qEpi]=|  
     场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 ADpmvW f?  
     N 5i+3&  
    7.模拟结果 9(6I<]#  
    w:?oTuw  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    /c2w/+ _  
    8.结论 Xtp"QY p  
     'ow.=1N-  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 .h9l7 nZt  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 #|*F1K  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 _cc#Qlw 7  
    7.Z@Wr?  
     S(uf(q|{  
    QQ：2987619807 Q8 DQlqHm  
     
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