设计和分析GRIN扩散器(完整)
1.模拟任务 toA}0MI(: We y*\@ 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。 }R;}d(C` 设计包括两个步骤: Sqa9+'
[ - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 DzR,ou - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 <{W{
Y\_A> 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。 q|ce7HnK {YiMd
oMhg j/aJD E(+ 照明光束参数 0h1u W26^ 2WS*c7Ct Qhj']>#g 波长:632.8nm w>B}w 激光光束直径(1/e2):700um XHA|v^ J?V$V
>d 理想输出场参数 'u.Dt*.Uq OP\jO DX {]6-,/3UR 直径:1° u4hn9**a1 分辨率:≤0.03° suQTi'K1 效率:>70% &-*l{"7p+% 杂散光:<20% G/JGb2I/7| Zv}F?4T~: b"X1 2.设计相位函数 +[
?!@) -. *E<% +=/j+S` dCo)en 相位的设计请参考会话编辑器 @A6iY Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Ct'tUF<K5 设计没有离散相位级的phase-only传输。 YH58p&up Y%/RGYKh 3.计算GRIN扩散器 Un8' P8C 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。 ]?]M5rP 最大折射率调制为△n=+0.05。 Osz=OO{ 最大层厚度如下: -n7@r U LS>v 4.计算折射率调制 j)/Vtf $W|JQ h 从IFTA优化文档中显示优化的传输 N/F_,>E WT\wV\Pu 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 vFL$wr /{l_tiE7 n=j)M 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 D 6'd&U{_ @MibKj>o #8XmOJ"W3k 乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 D'[:35z 0fstEExw 8L:AmpQdpA 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 `=;}I@]zj) N^B7<~ bD [<i3l'V/[ 4w|t|? 数据阵列可用于存储折射率调制。 d>#',C#; 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 M5RN Z% 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 \
P6 ! !DA4q3-U>> 5.X/Y采样介质 sh,4n{+ 6{d?3Jk 5f_x.~ymA GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 r[):'ys,C 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 \$Ky AWrZi 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 >l-u{([B 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 s8:epcL`A Lm!]m\LRZD QNE/SSL [x?9<#T 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 4T52vM 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 IW@xT@ 应该选择像素化折射率调制。 ]?}pJ28 x]Nx,tt .mwW`D 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 9pi{)PDJ 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 nT4Ryld 0gOca +& 6.通过GRIN介质传播 _UP 9b@Z" .|DrXJ\c Y]~-S RI<smt.Ng 通过折射率调制层传播的传播模型: Qa2p34Z/ - 薄元近似 Y1AZ%{^0a - 分步光束传播方法。 *E>R1bJ8 对于这个案例,薄元近似足够准确。 V"gKk$j7 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 .`u8(S+ 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm(半像素尺寸)。 Q|VBH5}1O <tO@dI$~> 7.模拟结果 ~[aV\r? 角强度分布 (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd) dA2@PKK 9!r0uU" 8.结论 )_Hv9!U]e 247vU1 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 xHx_!
)7 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Mc8_D,7 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。
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