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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 Yo7ctwzdH;  
     ZR..>=  
     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。 H D=WHT&  
     设计包括两个步骤： K\?vTgc(  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ReSP)%oW  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 50_%Tl[  
     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。 vf5[x!4  
    NKGo E/  
    (B$2)yZY  
    照明光束参数 } k5pfz  
    jS R:ltd  
    j1/J9F'  
    波长：632.8nm :&_@U$  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     OY[N%wr!  
    m{b(^K9}  
    理想输出场参数 cG"jrQ  
    z2"2Xqy<U  
    UKX'A)$  
    直径：1° Gc@ENE f  
    分辨率：≤0.03° Bljh'Qp>C  
    效率：>70% vKaX,)P;?  
    杂散光：<20% "}PmAr e  
     =FwFqjvl  
    }O o  
    2.设计相位函数 L Q;JtLu1  
    f, ;sEV  
    VLQfuh;  
    (/qY*?  
     相位的设计请参考会话编辑器 7Kh+m@q.  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Qz<v. _  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 a 2).Az  
     q=96Ci_a  
    3.计算GRIN扩散器 A`OU} 'v?L  
     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。 4[Oy3.-c  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 B'~.>, fg  
     最大层厚度如下： N|7._AR2  
    Nb B`6@r  
    4.计算折射率调制 DVpqm6$ Q  
    0D.YO<PU  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 :UScbPG  
    9KAXc(-  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 bZtjg  
    0|4XV{\qT$  
    O"Xjv`j:  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 M ?F({#]  
    .^Ek1fi.  
     : [AW  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 kyY tL_SD  
     T_B$  
    L\n_q6n  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 r--"JO%2  
    U)c,ZxE  
    jfgAI7;b  
    g{a_{P  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 eb:uh!  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 _jnH!Mw  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 \W*ouH  
    K3\U'bRO  
    5.X/Y采样介质     ii~~xt1  
    r!#a.  
    d3Y#_!)  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 m3,]j\  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Kb4u)~S:  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 =_v_#;h&  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 uWMAXGL  
    >gVR5o  
    dq|z;,`  
    A u(Ngq  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 8 Z#)Xb4  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 WU}JArX9  
     应该选择像素化折射率调制。 ea7v:#O[S  
    Ym!Ia&n  
    ]A!Gr(FHQ  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 *a+~bX)18  
     只优化和指定一个单周期。 "3}Bv X  
     介质必须切换到周期模式。周期是 c t,p?[Q  
    1.20764μm×1.20764μm。     3:);vh!  
    {mueP6Gz@J  
    6.通过GRIN介质传播 }HXNhv-K  
    L!/USh:IP  
    Y+WOU._46I  
    Vh'H5v^  
     通过折射率调制层传播的传播模型： HM--`RJ  
    - 薄元近似 YMJjO0  
    - 分步光束传播方法。 {]|};E[}m  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 oIbd+6>f  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 6)DYQ^4y  
     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）。 yjN|PqtSV  
     n;!t?jnf.  
    7.模拟结果 P3@[x  
    QbS w<V  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    O7q-MeMM  
    8.结论 @\[&_DZ  
     @KNp?2a  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ywCE2N<-V?  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 :2  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 %'t~+_  
     
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