设计和分析GRIN扩散器(完整)
1.模拟任务 1dq.UW\ 5 4OYAkPCk 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。 J\%:jg( m 设计包括两个步骤: >YW>=5_ - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 CVUDN2 - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 &p%,+| 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。 >}I}9y+ 3}+/\:q* kj8zWG4KH 照明光束参数 (r|T&'yK [X
I5Bu ~ J8%|Gd0#4 波长:632.8nm p"JSYF
9] 激光光束直径(1/e2):700um P]TT Y!`?q8z$G 理想输出场参数 W@G[ gS\T XX F9oy8 4 hj2rK'y 直径:1° 0L1P'*LRU 分辨率:≤0.03° Y}Dp{ 效率:>70%
Ntqc=z 杂散光:<20% pFK
|4u j\vK`.z ^AM_A>HnG 2.设计相位函数 b'OO~>86 ~;+vF-]R Y1~SGg7(@ ky#6M?
\ 相位的设计请参考会话编辑器 $i1A470C Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 lVFX@I =pI 设计没有离散相位级的phase-only传输。 y(R*Z^c}d, AWi87q 3.计算GRIN扩散器 (HF,p,h_ GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板,和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 h<M7[p= 最大折射率调制为△n=+0.05。 E,|n' 最大层厚度如下:
cjR.9bgn Gh
pd
k; 4.计算折射率调制 [vi4,'wm >R:+ml 从IFTA优化文档中显示优化的传输 YfalsQ8 )L!R~F
C 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 @Otc$hj +,[3a%c)H I5A^/=bf& 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 nsp K.*? 3azc `[hl YUb,5Y0
乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 OT[m
g4& J*Hn/m _HK&KY 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 {XX Nl)% StL[\9~: gdK/:%u3 Ak1) 数据阵列可用于存储折射率调制。 WK}+f4tdW[ 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 }ELCnN 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 |BkY"F7m9 h n|E< 5.X/Y采样介质 T/;hIX:R <`3(i\-X
C6M/$_l&a GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 }Yl=lcvw 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 QL2y,?Mz7 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 orHD3T%& 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 KUut C
: W~F/ZrT3A ss{= ::# P`
F'Nf2U 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 )T5h\ZO`; 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 @>IjfrjV 应该选择像素化折射率调制。 d-sh6q5 cOZ^huK _0["J:s9 优化的GRIN介质是周期性结构。 j~H`*R=ld# 只优化和指定一个单周期。 Iq]6] 介质必须切换到周期模式。周期是 ~ p.W*skD 1.20764μm×1.20764μm。 ()#tR^T }.cmiC 6.通过GRIN介质传播 d`<^+p)oy 25n(&NV "EYjY-> TQd FC\@f" 通过折射率调制层传播的传播模型: eJGos!>* - 薄元近似 Qsxkw - 分步光束传播方法。 $cK
B+} 对于这个案例,薄元近似足够准确。 U<Y'.! 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 9*+0j2uhQ 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)。 %Dls36F
z~e~K`S 7.模拟结果 $A@3ogoS& x5z4Yv^
m
角强度分布 (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd) d"6]? 8.结论 0o$HC86w ^s~n[ VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 E9B*K2l^{ 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 HL}~W}!j 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 :KP'xf.
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