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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 x(n|zp ("  
     b)eoFc)lc  
     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。 dbJ3E)rF  
     设计包括两个步骤： _h+7 KK  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 WeJ=]7T'L  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 \o*w#e[M  
     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。 IClw3^\l  
    a,36FF~&  
    U&i#cF   
    照明光束参数 oam$9 q  
    ~x7CI  
     !2kM  
    波长：632.8nm E{0e5.{  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     9wlp AK  
    X%mga~fB  
    理想输出场参数 ;A4qE W  
    ",l6-<s  
    uI$n7\G!  
    直径：1° Atb`Q'Yrw  
    分辨率：≤0.03° Iprt ZqiL  
    效率：>70% IsmZEVuC  
    杂散光：<20% [>N#61CV 5  
     #.rkvoB0N  
    ,m[XeI  
    2.设计相位函数 ?wu@+  
    -:95ypi  
    A_l\ij$Y  
    veuX />!  
     相位的设计请参考会话编辑器 4#{f8  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 O|S,="h"}  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 9N `WT=  
     F!3p )?  
    3.计算GRIN扩散器 ~5&B#Sm[G  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 oP`:NCj\9  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 [(2^oTSRaq  
     最大层厚度如下： ZJF"Yo  
    o{>4PZ}=g  
    4.计算折射率调制 #1%ahPhR+  
    wK0x\V6dJ  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 (a0(ZOKH  
    4qQE9f xdY  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 W/\pqH  
    e/cHH3 4  
    "n]x%. *  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 GMg! 2CIU  
    k,$/l1D  
    T_!F I29  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 L@z[b^  
     ]?)uYot  
    ZBR^$?nj  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 k;jl3GV  
    T9}~]zW7P  
    5Q <vS"g  
    2<9K}Of  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 ^mjU3q{;  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 xe^M2$clb\  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Lc?"4  
    |$6Ten[B#  
    5.X/Y采样介质     Xq )7Im}?  
    _h4]gZ  
    [<5/s$,i  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 .71ZeLv*  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 2*^=)5Gj-h  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。  5k@T{  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 u:']jw=f  
    oQrfrA&=M  
    \9@}0}%`  
    Y[vP]7-  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 x${C[gxq9F  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 0C.5Qx   
     应该选择像素化折射率调制。 xOPQ~J|z  
    <{8x-zbR+  
    t\LE\[XM>  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 [L7s(Zs>  
     只优化和指定一个单周期。 QVRQUd  
     介质必须切换到周期模式。周期是 Xp| 4WM  
    1.20764μm×1.20764μm。     P=1K u|k  
    kP}l"CN4  
    6.通过GRIN介质传播 lAA&#-#YG  
    s0]ZE\`H>  
    -fV\JJ  
    )X," NJG  
     通过折射率调制层传播的传播模型： 5FuV=Yuc  
    - 薄元近似 w)* H&8h@  
    - 分步光束传播方法。 Du +_dr^4  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 Xs|d#WbX  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 :R +BC2x  
     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）。 g]JRAM  
     @`+\v mfD  
    7.模拟结果 @=P c{xp  
    0sA`})Dk  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    O-ENFA~E;v  
    8.结论 sN-u?EiF8  
     k&:q|[N  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 6T+ym9  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 (=WbLNBS  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 AX&Emz-  
     
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