设计和分析GRIN扩散器(完整)
1.模拟任务 ]|[xY8 5} <NJ7mR} 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。 Ab_aB+g ] 设计包括两个步骤: ~MhPzu&B - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 m};_\Db` - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 3\(s=-vh 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。 =<e# 2 "{V,(w8Dt B;K{Vo:C 照明光束参数 V 9<[v?.\ ~NTpMF /`s^.Xh 波长:632.8nm Oi7=z?+j 激光光束直径(1/e2):700um gdT^QM:y4$ _K;rM7 理想输出场参数 ?` `+OH uq 6T|Zm T|{BT!
W1E 直径:1° a:;*"p[R 分辨率:≤0.03° d!gm4hQhl 效率:>70% +Nza@B d 杂散光:<20% rg'? ?rq 8\a)}k~4 *|=&MU*+ 2.设计相位函数 k~vmHb \2+xMv)8 eq@ v2o7 lN1zfM 相位的设计请参考会话编辑器 72{kig9c Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 D8dTw {C 设计没有离散相位级的phase-only传输。 #g|j;{P $PTedJ}*Y 3.计算GRIN扩散器 Hou{tUm{xC 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。 Fza)dJ7 最大折射率调制为△n=+0.05。 }j:ae \( 最大层厚度如下: NeK:[Q@je 9m'[52{o 4.计算折射率调制 ivagS\Q @O3w4Zs 从IFTA优化文档中显示优化的传输 FSBCk e6_.ID'3 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 oVhw2pKpM FVD}9ia [7Kn$OfP 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Ke/P[fo rxz3Mqg z44uhR h
乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 txgGL' L;f=\q"g Q72wg~% w 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 wM yPR_ M"FAUqz` -w2ga1 H\b5]q% 数据阵列可用于存储折射率调制。 G|MDo|q] 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 05zHL j 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 3@&H)fdp6a pts}? 5.X/Y采样介质 P0Jd6"sS" ~d%Q1F*,=
I^wj7cFo5 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 -j$l@2g 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ,-1$Vh@wM 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 Ab"uN 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 jQr~@15J# EiN.VU ` SB'YV#-- "''<:K| 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 s7
KKH
w 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 zo5.}mr+ 应该选择像素化折射率调制。 mQvKreo~ 395o[YZx* ~^euaOFU 6 优化的GRIN介质是周期性结构。 4l1=l#\S 只优化和指定一个单周期。 $oQsh|sTI 介质必须切换到周期模式。周期是 3D.S[^s* 1.20764μm×1.20764μm。 %<"11;0tp 'H'+6 6.通过GRIN介质传播 MUe'xK Q)@1:(V/ LWL>hd vX/A9Qi,U. 通过折射率调制层传播的传播模型: =5/;h+bk+3 - 薄元近似 "[?/I3{E - 分步光束传播方法。 n>0dz# 对于这个案例,薄元近似足够准确。 ]~.J@ 1? 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 pzax~Vp 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)。 ~fF} X@:fW @ 7.模拟结果 u`'z~N4} RsD`9>6)
角强度分布 (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd) &v-V_.0(H 8.结论 F=om^6G%X5 XH *tChf< VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 *D{/p/|[ 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ThlJhTh<%4 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 ^'fKey`
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