设计和分析GRIN扩散器(完整)
1.模拟任务 b$ve sJ |Y$uqRdV 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。 sYe?M, 设计包括两个步骤: s} UjGFP - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 4]G?G]lS> - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 n[ T[DCQ, 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。 Q1O}ly}JS @.b+av4J S{PJUAu 照明光束参数 ?EJD?,} 9xO#tu] ?WF/|/ 波长:632.8nm |X0Y- 激光光束直径(1/e2):700um wfU7G[ TD'L'm|2 理想输出场参数 c(:f\Wc3Z vy0X_DPCr mQCeo}7N5 直径:1° }4Tc 分辨率:≤0.03° bSfpbo4( 效率:>70% `tHvD=`m. 杂散光:<20% BGOuDKz9C UUzYbuS>&l 0~ZFv Wv 2.设计相位函数 biSz?DJ> ^HV>`Pjd}= $nb[G$ bu:S:` 相位的设计请参考会话编辑器 \R|4( +]x Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 D B-l$rj 设计没有离散相位级的phase-only传输。 AvdXEY(- Xe<sJ.&Wf 3.计算GRIN扩散器 lzYEx GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板,和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 tE@;X= 最大折射率调制为△n=+0.05。 E=e*VEjy 最大层厚度如下: 5jd,{< bn^{c 4.计算折射率调制 E"+QJ~! k"NVV$; 从IFTA优化文档中显示优化的传输 uT}' Y)m Po ZuMF 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 R]OpQ[k AWP"b?^G| k p<OJy 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 7w'wjX- [x9KVd ^d IB[)TZ2m
乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Tav*+ clNkph :?/cPg'D 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 *MJX? U<CTubF !P)O(i= UD8op]>L 数据阵列可用于存储折射率调制。 XmEq2v 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 !q9+9 *6 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 |2abmuR0 xYmxc9)2 5.X/Y采样介质 W7 Cc nq6@6GRG
9\/xOwR GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 8ELCs<xI 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 MrDc$p W G 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 /4g1zrU 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 5\e9@1Rc BsEF'h'Owh @7?#Y|` *.!Np9l,V 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 cUvz2TK 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 )rekY; 应该选择像素化折射率调制。 P%#<I}0C :.$3vaZ@ s;3= {e. 优化的GRIN介质是周期性结构。 rNB_W. 只优化和指定一个单周期。 F;+|sMrq 介质必须切换到周期模式。周期是 4|CtRF<L 1.20764μm×1.20764μm。 K#pNec EL(nDv 6.通过GRIN介质传播 =~=*&I4Dp C!fMW+C@ ;*:Pw?' qYlhlHD 通过折射率调制层传播的传播模型: Pmh8sw - 薄元近似 Zo g']= - 分步光束传播方法。 {&\jW!&n 对于这个案例,薄元近似足够准确。 vvKEv/pN7 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 8C67{^`:: 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm(半像素尺寸)。 aFS,GiB !*oi!ysU;O 7.模拟结果 v
8$>rwB 5u*-L_
角强度分布 (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd) O"F_* 8.结论 OH">b6>\ [%77bv85.G VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 (X?%^^e! 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 qzf!l"bT 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 |j#C|V%kV
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