设计和分析GRIN扩散器(完整)
1.模拟任务 EQ<RDhC@b @|\R}k%( 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。 =f1B,%7G+5 设计包括两个步骤: ymN!-x8q>' - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 WYrI |^[> - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 831JwSR 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。 ,Hn^z<f wJ+Aw
}{[mrG 照明光束参数 <F=9*.@D Anm=*;*M` mXzrEI 波长:632.8nm W# US#<9Y 激光光束直径(1/e2):700um )|bC^{kH!l n_nl{ 理想输出场参数 sOU_j:A80; Q.U$nph\%d >~nF= 直径:1° gI]GUD- 分辨率:≤0.03° <Fz~7WVd 效率:>70% \ I`p|&vG 杂散光:<20% Q{g;J`Z)p \G|%Zw| 3AcD,,M>> 2.设计相位函数 ;gg\;i}^ a->3`c bGF7Zh9 1.<q3q 相位的设计请参考会话编辑器 M~Ttb29{ Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 @`36ku 设计没有离散相位级的phase-only传输。 "Z=5gj U_G gCI) 3.计算GRIN扩散器 >slm$~rv 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。 rjx6Djo> 最大折射率调制为△n=+0.05。
D L'iS 最大层厚度如下: *hLQ <^?1uzxH8A 4.计算折射率调制 t"072a ikD1N 从IFTA优化文档中显示优化的传输 jnB~sbyA wIB`%V 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 `o]g~AKX %V9ZyQg%* RwI[R)k 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ew _-Eb B.r4$:+jb2 ZK;z m
乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 66x?A0P mm[2wfTE G;NF5`*4mc 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 b$%0.s (;Y8pKl1e 05yZad* ;W>Cqg= 数据阵列可用于存储折射率调制。 [r+ZE7$2b" 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 >_OYhgs1w 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 BrRL7xX m5mu: 5.X/Y采样介质 W[EKD 7 AfeCK1mC @
tCxF~L@ GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 HK\~Qnq 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 y Rp"jcD 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 sGh(#A0Pt 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 1f",}qe; s,#>m*Rh qW:HNEiir !EUan 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 z'T)=ycT 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 .ERO|$fv 应该选择像素化折射率调制。 oh#\]c\f 2'=T[<nNB
;7N{^"r 优化的GRIN介质是周期性结构。 ][}0#'/mV 只优化和指定一个单周期。 X7k.zlH7T 介质必须切换到周期模式。周期是 l
Va &" 1.20764μm×1.20764μm。 U9b?i$ =UyLk-P
w 6.通过GRIN介质传播 W9NX=gE4 D %Xo&V[ cGjPxG; {o(j^@ 通过折射率调制层传播的传播模型: N F)~W# - 薄元近似 #o1=:PQaC - 分步光束传播方法。 LL:_L< 对于这个案例,薄元近似足够准确。 |:8bNm5[ 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 6@DF 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)。 .\>v0Du mI 74x3 [ 7.模拟结果 )"Ztlhs`# D3|I:Xm
角强度分布 (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd) <&C]sb 8.结论 N-lkYL-%\j &b:1I7Cp* VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 H;RwO@v 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 03C0L& 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 k:7(D_
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