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infotek 2023-03-21 08:40

设计和分析GRIN扩散器(完整)

1.模拟任务 l<-0@(x)  
o 2_mcJ  
 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。 ^oXLk&d  
 设计包括两个步骤: :O9i:Xq[QW  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 f9a_:]F  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 N VBWF  
 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。 s#>``E!  
 aX}:O  
r0:I  
照明光束参数 &O\$=&, h  
wPQRm[O|  
\QP1jB  
波长:632.8nm eUEO~M2&U{  
激光光束直径(1/e2):700um
JAU:Wqlg1  
j-(k`w\  
理想输出场参数 )uazB!X  
" "{#~X}  
Uu(FFd~3  
直径:1° zrE Dld9  
分辨率:≤0.03° vN$j @h .  
效率:>70% r8TNl@Z  
杂散光:<20% 56!/E5qgW  
(4"Azo*~![  
n]a/nv  
2.设计相位函数 hWAZP=H  
Y N*"q'Yz_  
xa?   
cwBf((~  
 相位的设计请参考会话编辑器 pa2cM%48  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 [*z`p;n2D  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 &vV_,$  
jQi)pVT^  
3.计算GRIN扩散器 G21cJi*  
 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。 7#9yAS+x(  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 <69Uq8GI  
 最大层厚度如下: .TKKjS%8  
@ZtDjxN &  
4.计算折射率调制 I1fUV72  
R^=[D#*]>  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 RJ~I?{yR0[  
kdp- |9  
 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 &pEr;:E  
lbnH|;`$]m  
|^T?5=&Kt  
 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ^gd[UC-"w  
Oq4J$/%  
(f>~+-IL  
 乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 P,ud"F=r  
9vw0box  
 >q^l  
 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 kzXmiBL<9  
`AcT}. u  
.E&-gXJ4  
E'wJ+X9 +  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 \A=:6R%Qb  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 \&. ]!!Q  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 9Netnzv%  
3+d_5l;m)  
5.X/Y采样介质
zpM%L:S  
oRQJ YH  
|Y|gT*v  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 p 7eRAQ\'  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 P/;d|M(  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 )ND%MYJSq  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 i{5,mS&  
G~fM!F0   
OD`?BM  
J8:f9a:|M  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 b$k|D)_|  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 QGM@m:O  
 应该选择像素化折射率调制。 ZQ'bB5I  
"JJEF2e@Z  
4g}'/  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 qmWn$,ax  
 只优化和指定一个单周期。 Mpu8/i gX,  
 介质必须切换到周期模式。周期是 *oca   
1.20764μm×1.20764μm。
(M,IgSn9  
F,'rW:{HMt  
6.通过GRIN介质传播 ERQc1G]3Dd  
kjVJ!R\  
D`C#O 7.N  
eg$y,Tx  
 通过折射率调制层传播的传播模型: Fo@cz"%  
- 薄元近似 \WN ,.  
- 分步光束传播方法。 gvl3NQQ%t  
 对于这个案例,薄元近似足够准确。 1YxG<K]  
 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 4IH,:w=ofN  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm(半像素尺寸)。 xJSK"  
a/v!W@Zz}  
7.模拟结果 KqNbIw*sR  
Y!C8@B$MR3  
角强度分布
(参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)
TC$)::C1  
8.结论 (Sd8S`xO  
Sl7x>=  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 q }'ww  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。  o<Z  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 5y`n8. (?  
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