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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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    在线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 O'Js}  
     8_T6_jL<  
     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。 KII *az  
     设计包括两个步骤： =bEda]  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 X]P:CY  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 w)Covz'uf  
     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。 y|'SXM  
    )M)7"PC  
    @|Rrf*J?%  
    照明光束参数 H54 R8O$  
    2W4qBaG$=  
    %-d]X{J:  
    波长：632.8nm 'fW6 .0fXa  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     ! u:Weoz  
    ,"B+r6}EF  
    理想输出场参数 mEG#>Gg$  
    ) /z@vY  
    G "73=8d  
    直径：1° OKoan$#sn  
    分辨率：≤0.03° liXdNk8  
    效率：>70% >nzdnF_&zW  
    杂散光：<20% _q~=~nub  
     {mAU3x  
    ;3' .C~   
    2.设计相位函数 S#+h$UVh  
    &L^+BQ`O?  
    2Lx3=k  
    :_O%/k1\@  
     相位的设计请参考会话编辑器 Uw 47LP  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ^MVkZ{gtre  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 ^<e.]F25M  
     tg{H9tU;  
    3.计算GRIN扩散器 j$+nKc$  
     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。 y\ a1iy  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 xD6@Qk  
     最大层厚度如下： 8 XU1 /i7N  
    ~JaAii{  
    4.计算折射率调制 b j'Xg  
    {~F4WjHJp  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 5=f|7yl  
    ,v{rCxFtvU  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ;Rv!k&Df  
    |o\8  
    iRrl^\qn  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 P'`r  
    wu)w   
    ^/r7@:  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 .FLy;_f+  
     sQ fFu  
    ?Orxmxc 2  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 OVV]x{  
    YxP&7oq  
    Rb.SY{}C  
    nVi[  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 [Nk3|u`h  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ~m$Y$,uH  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ;1a~pF S  
    -YCOP0  
    5.X/Y采样介质     {HCz p,Y  
    6b:tyQ  
    ia MUsa{  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 -q*i_r:,  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ~/P&Tub^  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 |cR;{Z8?_  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 GSRVe/ [  
    4y+< dw  
    uH(f$A  
    f` ;j:O  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 t{.8|d@  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ](s'L8 (x  
     应该选择像素化折射率调制。 s#WAR]x0x  
    'L8' '(eZ^  
    eN^qG 42  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 ^3UGV*Ypk  
     只优化和指定一个单周期。 sNLs\4v  
     介质必须切换到周期模式。周期是 [xGf,;Z  
    1.20764μm×1.20764μm。     aP/T<QZ~  
    oomT)gO 6*  
    6.通过GRIN介质传播 |b)Y#)C;  
    6=fSE=]DY  
    XR;eY:89  
    lQe%Yh >rl  
     通过折射率调制层传播的传播模型：  t$De/Uq  
    - 薄元近似 z& fwE$Nm  
    - 分步光束传播方法。 =,UWX3`f  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 ,d{"m)r<  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 [_Qa9e  
     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）。 v uoQz\  
     J{k79v  
    7.模拟结果 ;oy-#p>N%  
    *^:N.&]  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    9T*v9d  
    8.结论 i*@< y/&'  
     ;J ayoJ  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 {qN 5MsY  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 orjj' +;X  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 U15H@h  
     
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