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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 f,$CiZ"  
     ~ M"[FYw[  
     本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 1Dbe0u  
     设计包括两个步骤： c}Qc2D3*  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 *?uF&( 0  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 F'K{=  
     设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 1+^c3Dd`  
    k;)L-ge9  
    Lh+^GQ  
    照明光束参数 i-Z@6\/a5  
    Vq*p?cF .  
    YC$pT  
    波长：632.8nm @cx!m   
    激光光束直径（1/e2）：700um
     @{a(f;  
    E?;W@MJi  
    理想输出场参数 6};Sn/ 8  
    h'bxgIl'`  
    NzEuiI}  
    直径：1° W&"FejD  
    分辨率：≤0.03° rnW i<Se  
    效率：>70% d&fENnt?h  
    杂散光：<20% Pvtf_Qo^  
     OTRTa{TB  
    h_cZ&P|  
    2.设计相位函数 r1[0#5kJ;J  
    bZ389dSn  
    1*a2s2G '  
    &W ~,q(  
     相位的设计请参考会话编辑器 l-mUc1.S  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 6S<pWR~  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 "];19]x6q  
     J sH9IK:  
    3.计算GRIN扩散器 A_[65'*b  
     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。 6Us#4 v,  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 ^v,^.>P  
     最大层厚度如下： ci$o~b6V  
    OaEOk57%de  
    4.计算折射率调制 Q{>{ e3z}  
    4g6d6~098;  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 lAoH@+dyA+  
    WB= gN:?  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 fQv^=DI#  
    -JcfP+{wS  
    <$UY{"?  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Ly^r8I  
    {6n B83BB  
    t]Oxo`h=  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 5T,`j=\  
     YS;Q l\4   
    IQR?n}ce  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 En[cg  
    FzNs >*  
    3.8d"  
    wp} PQw:  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 .~Td /o7  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 r;9F@/  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 .aNy)Yu8  
    b,I$.&BD  
    5.X/Y采样介质     :sJVklK  
    GUMO;rZs  
    b,s T[!X[  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 S25&UwUw  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ;Lz96R@}  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 0kmZO"K#e  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 CY9`ztO*  
    Lg-Sxz}P!  
    AuWEy-q?  
    Z:5e:M  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 $yG=exh3v  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 0p8(Q  
     应该选择像素化折射率调制。 ZMoN  
    0*x  
    RHeql*`  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 ]x?`&f8i  
     只优化和指定一个单周期。 NKh8'=S  
     介质必须切换到周期模式。周期是 gLU #\d]  
    1.20764μm×1.20764μm。     3s"x{mtH  
    $o5<#g"/T  
    6.通过GRIN介质传播 TTu<~GH  
    ?9.SwIxU&  
    1^$ vmULj  
    E{|j  
     通过折射率调制层传播的传播模型： p"3_u;cN  
    - 薄元近似 /dj r_T  
    - 分步光束传播方法。 u 6;SgPw  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 WF`y j%0  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 a|{RK}|3  
     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）。 O6 bB CF;  
     p%ek)tT  
    7.模拟结果 CB\E@u,  
    Ar,B7-F!  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    p78X,44xg  
    8.结论 }HRM6fR1S  
     <S <@V?h  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 '+JU(x{CCl  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 |aIY  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 *\L\Bzm  
     
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