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    [技术]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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    光币
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-21
    1.模拟任务 N~SG=\rP;o  
     ndN 8eh:OR  
     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。 UeE&rA]  
     设计包括两个步骤： )PZ'{S  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 'H+pwp"M@  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 f ^z7K  
     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。 ky,+xq  
    <UeO+M(  
    Krz[ f  
    照明光束参数 nsYS0  
    K5b8lc  
    {4UlJ,Z.n  
    波长：632.8nm WnA]gyc  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     +.{_n(kU  
    9;kWuP>k4u  
    理想输出场参数 JTrxh]  
    H+F'K XP*K  
    \S3C"P%w  
    直径：1° $KKrl  
    分辨率：≤0.03° &%rX RP  
    效率：>70% +\SbrB P  
    杂散光：<20% TR| G4l?  
     wC;N*0Th  
    R|Y)ow51  
    2.设计相位函数 Es1Yx\/:  
    PoQ@9 A  
    VMsAT3^w  
    bNj| GIf  
     相位的设计请参考会话编辑器 )N<>L/R  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 x-Yt@}6mvl  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 Jt@7y"<  
     Rax}r  
    3.计算GRIN扩散器 WnU"&XZ  
     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。 > PfYHO  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 uG~%/7Qt{  
     最大层厚度如下： IYb@@Jzo  
    }>fL{};Z"  
    4.计算折射率调制 -7>vh|3  
    1P@&xcvS\  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 O]90 F  
    hI]KT a  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 0 ; M+8  
    h{VCx#!]  
    ~"iCx+pr  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 b> Iq k  
    0l!@bj  
    \ @3i=!  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 pu=Q;E_f[  
     gs7H9%j{U  
    qJKD| =_  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 P10`X&  
    O\-cLI<h2  
    Atzp\oO  
    UXnd~DA  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 W EZ(4ah  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 zsc8Lw  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ;spuBA)[X  
    A !x" *  
    5.X/Y采样介质     eOE7A'X   
    A!x_R {,yH  
    @_YlHe&W  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 R4%!W~K  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 120<(#  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 ,0[bzk  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 3#j%F  
    h 1:uTrtA  
    t=d~\_Oa  
    ]4@_KKP  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 0bVtku K;G  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 rc<^6HqD  
     应该选择像素化折射率调制。 :w_Zr5H]  
    b,cA mZ  
    ;lB%N t<,  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 A\ CtM`  
     只优化和指定一个单周期。 Nc ,"wA  
     介质必须切换到周期模式。周期是 a]Bm0gdrO  
    1.20764μm×1.20764μm。     |)B&-~a+p  
    cAogz/<S  
    6.通过GRIN介质传播 j *Ta?'*  
    Ola>] 0l  
    bW7tJ  
    hbD@B.PD  
     通过折射率调制层传播的传播模型： hHm &u^xY  
    - 薄元近似 s*>s;S?{|  
    - 分步光束传播方法。 *RD9 gIze  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 [-x~Q[  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 P>+{}c}3I  
     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）。 be|k"s|6)  
     MS)#S&  
    7.模拟结果 h/ ?8F^C#v  
    47ppyh6@  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    :_~UO^*h  
    8.结论 Ou"QUn|  
     :z_D?UQ  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 #I'W[\l~+  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 i/2OE&*O[  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 Py^F},?J  
     
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