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    [技术]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: 2023-03-21
    1.模拟任务 m 2/S(f  
      w%::~]  
     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。 ~*J <lln  
     设计包括两个步骤： K:% MhH-  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 @=2u;$.  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 '+ mI  
     设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 ! &cfX/y8  
    Ujqnl>l  
    =T#hd7O`V  
    照明光束参数 ]HB1JJiS~  
    ,7 m33Pv*  
    _00}O+GLM4  
    波长：632.8nm )A6=P%;}>I  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     ,L<x=Dg  
    CIsX$W  
    理想输出场参数 j}K 3YfH  
    ^uphpABpD  
    >o%X;U 3  
    直径：1° y+=s/c  
    分辨率：≤0.03° ~C3J-z<  
    效率：>70% ic3Szd^4  
    杂散光：<20% U#- 5",X|  
     W$Xr:RU  
    r_FI5f  
    2.设计相位函数 1f 1D^|  
    BHS@whj  
    qrjSG%i~J7  
    #T8jHnI  
     相位的设计请参考会话编辑器 lxbC 7?O  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 M= |is*t  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 LNrM`3%2-  
     "=KFag  
    3.计算GRIN扩散器  >|gXE>  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 ]JvjM,  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 7xY&7 x(v  
     最大层厚度如下： GMkni'pV  
    { .0I!oWv  
    4.计算折射率调制 +fKV/tSWi  
    f}KV4'n  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 Tr4\ `a-i  
    \TnK<83  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 W5e >Z&&  
    H3pZfdh?w  
    2P${5WT  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 YHke^Ind  
    |}:q@]dC#  
    X+HPdrT  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 F&^&"(H}  
     qF-Fc q  
    U#sv.r/L}3  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ( Rp5g}b  
    p2fzbBt  
    {zc*yV\  
    x9 t %  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 S$P=;#r  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 O<mA+yk  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Eh|6{LDn!  
    sFvYCRw /  
    5.X/Y采样介质     O*N:.|dUw  
    EM1HwapD  
    w@YPG{"j  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 "4T36b  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 N6T  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 4x=sJ%E  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 xF YHv@g  
    Oml /;p  
    s ya!VF]`  
    mi5bk>o  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 @Jlsx0i}}  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 &|Rww\oJ  
     应该选择像素化折射率调制。 .m%5Esx  
    J-G)mvkv  
    G=CP17&h6  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 bP|-GCKM8  
     只优化和指定一个单周期。 o/vD]Fs  
     介质必须切换到周期模式。周期是 1N { >00  
    1.20764μm×1.20764μm。     hOs~/bM  
    C\;%IGn  
    6.通过GRIN介质传播 Nv=%R  
    EiDpy#f}  
    Z^J)]UL/  
    (Hmhb}H  
     通过折射率调制层传播的传播模型： vDR> Q&/K  
    - 薄元近似 W>,D$  
    - 分步光束传播方法。 JE@3UXg  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 jxq89x  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 !wKNYe  
     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）。 8u"C7} N_  
     UIZ9" Da  
    7.模拟结果 &sXk!!85:  
    w*(1qUF#%  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    D.a\O9q"&{  
    8.结论 `d x.<R#,  
     M?n}{0E4  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ;L$l0(OO  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 WS1Y maV  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 BHNJH  
     
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