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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-21
    1.模拟任务 NPe%F+X  
     <yFu*(Q  
     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。 fx>4  
     设计包括两个步骤： 'y3!fN =h  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 X(-4<B  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ';=O 0)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。 <<R*2b  
    V% 6I\G2/:  
    KNIn:K^/  
    照明光束参数 Da&]y  
    }d}Ke_Q0  
    wx0j(:B]  
    波长：632.8nm 7Da`   
    激光光束直径（1/e2）：700um
     RuVGG)  
    _8_R 1s  
    理想输出场参数 [e}]}t8m  
    'u |c  
    C={Y;C1  
    直径：1° P! #[mio  
    分辨率：≤0.03° cP_.&!T  
    效率：>70% JB[~;nLlC  
    杂散光：<20% Q|?L*Pq2I  
     8&`LYdzt  
    dvJ M6W>^=  
    2.设计相位函数 #Kex vP&*  
    y ~!Zg}o  
    D!-g&HBTC  
    X!dYdWw*m  
     相位的设计请参考会话编辑器 8i#2d1O  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 )"aV* "  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 .MoU1n{Yc  
     ]a*d#  
    3.计算GRIN扩散器 wHMX=N1/  
     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。 .Od !0(0  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 T&u5ki4NE  
     最大层厚度如下： *kDCliL  
    Fgh_9S9J  
    4.计算折射率调制 UIN<2F_  
    .jT#:_  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 ]tRu2Ygf  
    Jgd'1'FOs  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 (b-MMr  
    %oa-WmWm  
    Mc_YPR:C  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 hVAn>_(  
    X296tA>C`  
    W^LY'ypT  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Tc`=f'pP)4  
     EF}\brD1  
    .p]RKS=(:  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 9oR@U W1  
    -23w2Qt  
    YdC6k?tzS  
    3z9d!I^>k  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 n QZwC  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 >kDQkhZ  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 VfC<WVYiZ  
     J^5So  
    5.X/Y采样介质     [KaAXv .X  
    })8N5C+KU  
    ?5|>@>  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 suiS&$-E  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 .A{tQ1&_  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 Ed,~1GanY  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 j0S# >t  
    ju8q?Nyhs  
    pF:$  ko  
    9gEwh<  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 \[_t]'p  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 #;q dY[v  
     应该选择像素化折射率调制。 z] P SpUd  
    _w(7u(Z  
    `nv~NLkl  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 a#y;dK  
     只优化和指定一个单周期。 q#ClnG*  
     介质必须切换到周期模式。周期是 x_6[P2"PP  
    1.20764μm×1.20764μm。     {V$|3m>:*  
    Tx=-Bb~;  
    6.通过GRIN介质传播 E+R1 !.  
    AFDq}*2Qb  
    zrL$]Oy}x  
    M!A}NWF  
     通过折射率调制层传播的传播模型： .4M.y:F  
    - 薄元近似 Z/;(f L  
    - 分步光束传播方法。 w QH<gJE/:  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 @qqg e'  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 EZy)A$|  
     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）。 ]J}  
     bv9i*]  
    7.模拟结果 (Hz^)5(~  
    \y)rt )  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    T/Gz94c  
    8.结论 '}JhzKNj  
     '()xHEGl3  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 k)= X}=w  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 F2dHH^  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 zyc"]IzOU  
     
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