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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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    光币
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    光券
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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 <tNx*ce5  
     In r%4&!e  
     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。 dxA=gL2  
     设计包括两个步骤： 7iJl W&W  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。  2r[,w]  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 k"6^gup(U  
     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。 Jad'8}0J  
    *KM CU m  
    XjC+kH  
    照明光束参数 &lD4-_2J  
    `]Xb w^Y'x  
    @"6BvGU2s  
    波长：632.8nm 22GtTENd1h  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     +um; eL7  
    czj[U|eB}=  
    理想输出场参数 C][`Dk\D{  
    ]}9EBf  
    OS3J,f}<=  
    直径：1° a*=e 3nS  
    分辨率：≤0.03° ?p5Eo{B  
    效率：>70% DQ,QyV  
    杂散光：<20% }MoCUN)I  
     I(2ID +  
    3vy5JTCz~  
    2.设计相位函数 -V9Cx_]y  
    N @k:kI  
    xH92=t-w  
     W?.Y%wc0  
     相位的设计请参考会话编辑器 f1JvP\I0Q  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 #0weN%  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 iJ~p X\FKO  
     2-8<uUy  
    3.计算GRIN扩散器 ,O2Uj3"  
     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。 ;R/=9l  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 pnf3YuB  
     最大层厚度如下：  ;v.l<AOE  
    i^ 1P6B  
    4.计算折射率调制 }UX>O  
    y1P?A]v  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 }Za[<t BWS  
    _c`Gxt%  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 +&JF|#FQ`  
    iHTxD1 D+H  
    $.v5G>- )3  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 %2V_%KA  
    R\6#J0&Y-  
    ^M8\ 3G  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 :  wb\N'b  
     F7a\Luae  
    nAg|m,gA  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 g(|p/%H  
    @eR>?.:&  
    z;1yZ4[G  
    vfmKYiLp  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 r*y4Vx7  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 9CW .xX8  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 izOtt^#DZt  
    D L<r2h  
    5.X/Y采样介质     !=Cd1 $<  
    !y `wAm>n  
    ,}F{V>dhn  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 NmVc2V]I  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Ez+.tbEA,  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 O~Pb u[C  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 6E85mfFS  
    AI/xOd!a  
    |'Z6M];8t  
    4ijoAW3A^  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ?3k;Yg/  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ]FL=E3U  
     应该选择像素化折射率调制。 vSX71  
    P]bI".A8  
    lt`#or"o  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 cEhwv0f!qS  
     只优化和指定一个单周期。 ULkjY1&  
     介质必须切换到周期模式。周期是 #EgFB}>1  
    1.20764μm×1.20764μm。     +Gg6h=u  
    j:0(=H!#  
    6.通过GRIN介质传播 ^~E?7{BL  
    *$0u A N  
    0L9z[2sj  
    9|jk=`4UK  
     通过折射率调制层传播的传播模型： 0sD"Hu  
    - 薄元近似 j|N;&s`  
    - 分步光束传播方法。 2WE_NEpJI  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 xxpvVb)mF  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 <DxUqCE  
     场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 xlg6cO  
     -]C3_ve  
    7.模拟结果 f5.rzrU  
    5ztHar~f  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    7A@]t_83Y  
    8.结论 |j3mI\ANF  
     Q ;V `  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 )u)]#z  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 65X$k]x  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 ;4tmnC>OnA  
     
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