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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） <4bo7XH  
    7B :aJfxM  
    1.模拟任务 _j tS-CnO  
     L,GtIZkE  
     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。 IKp x~  
     设计包括两个步骤： z:7F5!Z  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 &<b7T$c  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Qt39H@c|z~  
     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。 `t2! M\)  
    @C)h;TR  
    dK$dQR#  
    照明光束参数 8{ e 3  
    Ik)Q0_<a  
    # =3]bg  
    波长：632.8nm E:OeU_\  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     !A0bbJ  
    QX|K(`of  
    理想输出场参数 @SB+u+mOS  
    DZZt%n8J  
    )j*qGsOg  
    直径：1° LvdMx]*SSr  
    分辨率：≤0.03° w;_=$L'H&G  
    效率：>70% =? aB@&  
    杂散光：<20% o`0H(\en  
     +y(h/NcQ  
    =,]M$M  
    2.设计相位函数 -lEh}r  
    k]sT'}[n  
    Z2}b1#U?  
    |&Wo-;Ud  
     相位的设计请参考会话编辑器 >fQN"(tf  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 $ 7!GA9Bn  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 w:v:znQrW  
     1)ne-e  
    3.计算GRIN扩散器 gV BV@v!W  
     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。 M?lr#} d  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 {D< ?.'  
     最大层厚度如下： v2R:=d ')>  
    Qg=~n:j  
    4.计算折射率调制 @RW%EXKt  
    6 H.Da]hk  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 Z0KA4O$eL  
    K6oLSr+EAK  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 _L>n!"E/  
    uyIA]OtyN  
    xH uyfQLk  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 rD gl@B3  
    IZLX[y  
    @}:(t{>;e7  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 `PfC:L  
     pz+#1=b]  
    TuL( /  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 *6DKU CA/  
    L\I/2aiE  
    +,,~ <Vm  
    ~7g6o^A>  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 "^`AS"z'  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 PH.v3 3K  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Q>$v~v?9  
    PR0]:t)E  
    5.X/Y采样介质     gqd#rjtfz  
    T28#?Lp6]  
    9L,T@#7  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 6*tGf`Pfdw  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 `KN{0<Ne  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 PQ" Dl=,  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 fy5)Tih%.*  
    \Uiw: ,  
    $1YnQgpT  
    S3w? X  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 +}]xuYzo  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 qW*)]s)z  
     应该选择像素化折射率调制。 [/FIY!nC?  
    pB`<4+"9  
    Zr3KzY9  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 ZC"p^~U_e[  
     只优化和指定一个单周期。 H`sV\'`!}  
     介质必须切换到周期模式。周期是 qmhHHFjQ  
    1.20764μm×1.20764μm。     \TjsXy=:)  
    "Z <1Msz  
    6.通过GRIN介质传播 3~ylBJJ  
    ;IyQqP#,<  
    p)`JVq,H/B  
    G 9;WO*  
     通过折射率调制层传播的传播模型： U<$|ET'  
    - 薄元近似 %VgR *  
    - 分步光束传播方法。 74_ji!  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 $ |AxQQ%f  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 h1xYQF_`Z  
     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）。 TeHR,GB  
     bTJ7RqL  
    7.模拟结果 L]Uy+[gg  
    &12.|  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    0=NB[eG  
    8.结论 YIfbcR5  
     yo5|~"yZY  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 b$hQB090  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 @>?&Mw\c  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 /)N[tv2  
    >5\rU[H>  
     Re`= B  
    QQ：2987619807 ne%ckW?ks  
     
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