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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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    离线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） '+3C2!  
    ).A9>^6?{  
    1.模拟任务 vVrM[0*c  
     eTay/i<-  
     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。 ;8^(Z  
     设计包括两个步骤： \9uK^oS  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 pM}~/  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 >#Xz~xI/I  
     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。 F^`+.G\  
    4O/IT1+A  
    g-1j#V`5  
    照明光束参数 &]shBvzl^  
    mx UyD[|  
    adAdX;@e`  
    波长：632.8nm zqBzataR:  
    激光光束直径（1/e2）：700um
      sFnR;  
    g"(@+\XZH"  
    理想输出场参数 Tj{3#?]Ho  
    |lZp5MOc  
    uG +ZR: _  
    直径：1° &flRrJ  
    分辨率：≤0.03° x 4sIZe+  
    效率：>70% D$*o}*mb  
    杂散光：<20% 6:6A" A  
     < (B|g&A  
    o*ucw3s>  
    2.设计相位函数 C"%B >e  
    .l5-i@=W  
    p>#q* eU5  
    #TO^x&3@  
     相位的设计请参考会话编辑器 8S8UV(K0  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 e-[PuJ  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 k7;i^$@c  
     T,rRE7  
    3.计算GRIN扩散器 r4DHALu#)  
     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。 VJFFH\!`  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 xUCq%r_  
     最大层厚度如下： ^8J`*R8CL  
    )rt%.`  
    4.计算折射率调制 /&_q"y9  
    zSU,le  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 { 0&l*@c&  
    ,<)D3K<  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 j"aY\cLr t  
    BV }CmU&DA  
    E_DQ.!U!o  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 c:&8B/  
    &q9=0So4\  
    }.Z `   
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 t|h c`|  
     5E1`qof  
    *Uj;a.  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 :#35mBe}k  
    %KkC1.yu<  
    i/H;4#Bz  
    vt^7:! r  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 -aS@y.z  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 @"1Z;.S8V  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 u' Q82l&Y  
    v9Sk\9}S  
    5.X/Y采样介质     <\O8D0.d  
    bt_c$TN  
    eEP{?F^I[  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 bgKC^Q/F  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 }+G5i_a  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 9==4T$nM[  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ,aGIq. *v  
    xkiiQs)  
    HKI\i)c  
    Ry"4v_e9  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 oz)4YBf  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 1"75+Q>D  
     应该选择像素化折射率调制。 wet[f{c  
    D}lqd Ja  
    D4|Ajeo;1  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 I`rN+c:  
     只优化和指定一个单周期。 (d D7"zQ  
     介质必须切换到周期模式。周期是 PnInsf%;  
    1.20764μm×1.20764μm。     }r,xx{.u7  
    Z`M pH  
    6.通过GRIN介质传播 9d-'%Q>+  
    ( $2M"n  
    SZ9DT  
    _ahp7-O  
     通过折射率调制层传播的传播模型： f\_PNZCc  
    - 薄元近似 EPH" 5$8  
    - 分步光束传播方法。 l9="ccM  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 #jG?{j3;?  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 D&2NO/ R  
     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）。 adIrrK  
     T 4p}5ew'  
    7.模拟结果 X' 5R4j  
    n8=D zv0  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    !/u  
    8.结论 W&R67ff|  
     Ky,upU  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 <I tS_/z  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 5[jS(1a`c  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 buN@O7\  
    ![\P/1p  
     { +w.Z,D"  
    QQ：2987619807 9RHDkK{5  
     
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