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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 |s#,^SJ0  
    rhF2U  
     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。 L]YJ#5  
     设计包括两个步骤: UJS vtD{g  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 k'v+/6 Y  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 f/ 3'lPK^  
     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。 U7LCd+Z 5X  
    pl}W|kW}  
    XcbEh  
    照明光束参数 DW,Z})9  
    shLMj)7!  
    0 Swu]OE  
    波长:632.8nm 87pu\(,'  
    激光光束直径(1/e2):700um
    V%*91t_  
    C\[:{d  
    理想输出场参数 asW W@E  
    }w=|"a|,  
    ;Gu(Yoa}y  
    直径:1° .' v$PEy  
    分辨率:≤0.03° U+-;(Fh~  
    效率:>70% rZAP3)dA  
    杂散光:<20% h5vetci/  
    "6~+ -_:  
    6XAofN/5f  
    2.设计相位函数 e[Z-&'  
    pgUjje>#  
    nBd(p Oe  
     >YdLB@  
     相位的设计请参考会话编辑器 8XCT[X  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 5HB*  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 B_@p@6z  
    '8 ^cl:X  
    3.计算GRIN扩散器 7OPRf9+o  
     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。 ?:5/4YC  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 WK#c* rsij  
     最大层厚度如下: .*?-j?U.  
    V2yX;u  
    4.计算折射率调制 &?j\=%  
    &[ |Z2}  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 V\c`O  
    SJ,];mC0  
     将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 !h^_2IX  
    Yi`DRkp]3  
    "?_ af  
     生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Qdy/KL1]  
    kK&AK2  
    ey:%Zy [~  
     乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ~A(^<  
    %4wHiCOg  
    I,/E.cRV<  
     将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 +wGvY r  
    Fbw.Y6  
    fndH]Yp  
    /.UISArH  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 *]Eyf")  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 TD/ 4lL~(x  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 @6y)wA9Yx  
    >+%0|6VSb  
    5.X/Y采样介质
    Vc8w[oS  
    bz`rSp8h  
    $GD Q1&Z  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟 e[QEOx/-h2  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 b-J6{=k^  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 }'p*C$  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 94lz?-j  
    /i"1e:cK  
    K:$GmV9o  
    GCrsf  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 cVaGgP}\  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 {P==6/<2o  
     应该选择像素化折射率调制。 $%1oZ{&M  
    K;R!>p}t  
    ;IT'6m`@W  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 z|<?=c2P  
     只优化和指定一个单周期。 ~qE:Nz0@  
     介质必须切换到周期模式。周期是 bc6|]kB:  
    1.20764μm×1.20764μm。
    ^ b{~]I  
    -c[fg+L9  
    6.通过GRIN介质传播 MZ^(BOe_  
    qjN*oM,  
    g]?QV2bX6  
    f5*hOzKG6  
     通过折射率调制层传播的传播模型: c`UizZ  
    - 薄元近似 >4?735f=x  
    - 分步光束传播方法。 AD7&-=p&w  
     对于这个案例,薄元近似足够准确。 Xz'o<S  
     在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 7! /+[G  
     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)。 w*7wSP  
    e'3y^Vg  
    7.模拟结果 v|rBOv  
    R E9 `T  
    角强度分布
    (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)
    ,UxAHCR~9  
    8.结论 ?V =#x.9  
    WFfn:WSWU  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 xQxq33\  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 B*}:YV  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 pvdCiYo1r  
     
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