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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 $@qs(Xwr  
     7+!7]'V  
     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。 FvNSu"O~K1  
     设计包括两个步骤： R5;eR(24G  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 JTh =JHJ  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 eeJt4DV8v  
     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。 }B '*8^S  
    V-ouIqnI  
    ocuVDC  
    照明光束参数 |^k1hX2?W  
    )< a8a@  
    hYUV9k:  
    波长：632.8nm pOI`,i}.  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     ^YJ^+:D(  
    $E,DxDT  
    理想输出场参数 X>GY*XU  
    (F '  
    i`nw"8  
    直径：1° Q%VR@[`\  
    分辨率：≤0.03° [`-O-?=  
    效率：>70% hUhp2ibEs  
    杂散光：<20% kbT-Oz  2  
     JX0_UU  
    KIBZQ.uG  
    2.设计相位函数 5F sj_wFk  
    pL/.JzB  
    zcWxyLifl0  
    !@Vp Bl  
     相位的设计请参考会话编辑器 6N+)LF}P b  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 P5xmLefng  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 |wb(rua  
     @gjdyz  
    3.计算GRIN扩散器 8Gg/M%wq9U  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 t{s*3k/  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 d~Ry>   
     最大层厚度如下： ^?]H$e  
    3R:i*8C  
    4.计算折射率调制 |j}F$*SE[  
    Eg29|)qsz  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 N_k6UA9  
    ~rX6owBq  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 J+NK+,_*M  
    HgATH  
    ~d `4W<1a  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 "3oU (RA  
    / cen# pb  
    yi;t  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 [_hhC  
     [=F |^KL  
    G(\1{"!  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ~[y+B0I3  
    }Q^a.`h  
    \` ^Tbn:  
    }/r%~cZ  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 'R'a/ZR`B7  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 Rs[]i;  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 l'%R^  
    $cU/Im`  
    5.X/Y采样介质     V(uRKu x  
    10IPq#Jj  
    pP,bW~rk  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 Z|S7 " ,  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 F/>Pv q]  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 * .VZ(wX  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ~RAH -]  
    +##I4vP  
    9?$!=4  
    iX6jvnJ:/  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 VDY1F_Fk  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 HWOH8q{f!  
     应该选择像素化折射率调制。 FN EmGz/4  
    J}\]<aC  
    R >&/n/l  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 u*N8s[s'  
     只优化和指定一个单周期。 t+J6P)=  
     介质必须切换到周期模式。周期是 xU<lv{m`D  
    1.20764μm×1.20764μm。     fr2w k}/b  
    M?zAkHNS$  
    6.通过GRIN介质传播 g"? D>}@=  
    ?+=|{{l  
    beZ| i 1:  
    gSYX@'Q!  
     通过折射率调制层传播的传播模型： + aqo8'a  
    - 薄元近似 T["(YFCByg  
    - 分步光束传播方法。 !r0P\  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 695ppiKU  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ++"PPbOe&D  
     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）。 ?} tQaj  
     7"i*J6y*  
    7.模拟结果 hO@3-SRa,k  
    %]oLEmn}y  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    ved Qwzh  
    8.结论 7b2<, .E  
     |R/50axI  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 L(8dK  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 F &}V65  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 {hR2NUm  
     
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