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    [分享]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-05
    教程565（1.0） uh )S;3|  
    jN\u}!\O  
    1.模拟任务 |_V(^b}  
     T3X'73M  
     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*jUcD *  
     设计包括两个步骤： ?, S/>SP  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 pk :P;\  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 m Qj=-\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。 K#0TD( "  
    CkT(\6B-  
    5E&#Kh(I  
    照明光束参数 1~5DIU^  
    xu2 KEwgb  
    23s;O))  
    波长：632.8nm iwotEl0*{  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     9} (w*>_L  
    E>!=~ 7.  
    理想输出场参数 5*AXL .2ih  
    YmziHns`b  
    CKYg!\g(:  
    直径：1° rtV`Q[E  
    分辨率：≤0.03° P {TJ$  
    效率：>70%  =<HDek  
    杂散光：<20% K^Awf6%  
     Qp>leEs]+6  
    Vy\Vpp  
    2.设计相位函数 -(qRC0V  
    mdj%zJ8/  
    x:|Y)Dn\  
    T5S4,.o9W  
     相位的设计请参考会话编辑器 a.Ho>(V/4  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 %#HU~X:  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 I;(3)^QH#  
     d1b] +AG4  
    3.计算GRIN扩散器 J:xGEa t  
     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。 #9vC]Gm  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 "mlQ z4D)5  
     最大层厚度如下： JU 9GJ"  
    aurs~  
    4.计算折射率调制 *l2`- gbE  
    y0zMK4b  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 NAbVH{*\U  
    )t6]F6!_  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 8>Cr6m   
    S c)^k  
    z/@_?01T=  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 wQ}r/2n|^  
    Z_d"<k}I  
    (eHyas %X  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 z _!ut  
     ex3Qbr  
    +v Bi7#&  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 Ve,g9I  
    LP<A q  
    }F`|_8L*v)  
     g'0CYY  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 l$42MRi/  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 9U8M|W|d  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 %y1!'R:ZW  
    d*(aue=  
    5.X/Y采样介质     K,b M9>}  
    YeH!v, >  
    ?jx]%n fV  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 2*#|t: (c  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 @Nu2 :~JO  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 _z\/{  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 Gp"GTPT{  
    L@}PW)#  
    \}jMC  
    lj4Fg*/Yn  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 h$cm:uks  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ua\t5M5  
     应该选择像素化折射率调制。 d,<ni"  
    sZ;|NAx)  
    ^t >mdxuq  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 rfXxg^  
     只优化和指定一个单周期。 8@3K, [Mo  
     介质必须切换到周期模式。周期是 dcz?5O_{,  
    1.20764μm×1.20764μm。     |Uh8b %  
    |s8N  
    6.通过GRIN介质传播 [ks_wvY:'  
    Q*ITs!~Z  
    7"(!]+BW!O  
    }@DCcf$<  
     通过折射率调制层传播的传播模型： U82a]i0  
    - 薄元近似 eP{srP3 9  
    - 分步光束传播方法。 8K%N7RL|  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 7DB_Z /uU  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 { U4!sJSl1  
     场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 `e[S Zj\  
     i'tMpS3  
    7.模拟结果 Hv,|XE@Y  
    bS_#3T  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    ggso9ZlLu+  
    8.结论 FO{=^I5YA  
     %6K7uvTq  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 1gI7$y+?  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 wj[yo S  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 }{0}$#z u  
    /:|vJ|dJ  
     =H95?\}T[  
    QQ：2987619807 U,GSWMI/K  
     
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