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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-21
    1.模拟任务 <3{ >;^|e  
    _ba.oIc  
     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。 =:^f6"p&Z  
     设计包括两个步骤: PrEfJ?  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 m&6I@S2  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 +oa>k 0  
     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。 `hl1R3nBM  
    kkV* #IZ  
    G9c2kX.Bf  
    照明光束参数 yuB\Z/  
    YksJ$yH^  
    Et"B8@'P  
    波长:632.8nm FPuF1@K  
    激光光束直径(1/e2):700um
    YjeHNPf  
    upF^k%<y:  
    理想输出场参数 `SESj)W(y  
    IlP@a[:_  
    nTXM/  
    直径:1° ca!x{,Cvnj  
    分辨率:≤0.03°  .Aa(  
    效率:>70% ( |Xc_nC  
    杂散光:<20% -*"Q-GO  
    E{Y)=tW[  
    UYOR@x #  
    2.设计相位函数 8`  f=E h  
    VTJ,;p_UH  
    0%hOB :  
    ,W&::/2<7  
     相位的设计请参考会话编辑器 \bWo"Yo  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ?Kf?Z`9 *Y  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 hQDZ%>  
    S"joXmJ/-C  
    3.计算GRIN扩散器 J*'#! xIa  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板,和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 T,Zfz9{n  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 :k.C|V!W  
     最大层厚度如下: [n;GP@A ]R  
    6`hHx=L  
    4.计算折射率调制 ;K<W<v5m0N  
    q6 Rr?  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 ob;$yn7ZO1  
    B[6y2+6$0  
     将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 aJ}Cq k  
    j; )-K 3Ia  
    z>./lu\  
     生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 VWR6/,N^_  
    /tGj`C&qtw  
    4^rO K  
     乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Z3]ut #`  
    LZG ~1tf  
    1k! xG$g0  
     将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 4{oS(Vl!  
    yzQ^KqLH  
    A~UDtXN*4  
    XT 'v7  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 {:r8X  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 9&uWj'%ia  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 n9Xssl0  
    w- .=u3  
    5.X/Y采样介质
    4chSo.= 4V  
    b!Z-HL6  
    2m/=0sb\{  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟 O*7Gl G  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 zf>r@>S!L  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 hhVyz{u  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 HC*V\vz  
    =8F]cW'1`  
    : {Crc   
    j3`"9bY  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 aD,(mw-7r  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 On{p(| l  
     应该选择像素化折射率调制。 p;VHg  
    `II/nv0jn  
    ^K K6 d  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 H/Fq'FsQB  
     只优化和指定一个单周期。 \D37l_  
     介质必须切换到周期模式。周期是 9"YOj_z  
    1.20764μm×1.20764μm。
    [j :]YR  
    *[eh0$  
    6.通过GRIN介质传播 naT;K0T=  
    bQ" w%!  
    k*8 ld-O  
    pU|SUM  
     通过折射率调制层传播的传播模型: Q'~2,%3<  
    - 薄元近似 hK t c  
    - 分步光束传播方法。 5`B ! 1  
     对于这个案例,薄元近似足够准确。 V@xlm h,  
     在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 2Rp5 E^s  
     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)。 {T]^C  
    6^ ]Y])  
    7.模拟结果 EfR3$sp  
    4ISZyO=  
    角强度分布
    (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)
    CR-6}T   
    8.结论 #*[G,s#t^  
    ad1%"~1  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 od7 [h5r  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 E r6'Ig|U  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 1{sfDw[s  
     
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