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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-21
    1.模拟任务 \;p5Pagx0-  
     0@1AH<  
     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。 eJ>(SkR:[  
     设计包括两个步骤： ,U2 /J  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 Zb`}/%\7  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 vk+TWf  
     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。 BCF- lrZ&  
    $lci{D32,  
    l%lkDh!$"  
    照明光束参数 }:YS$'by  
    =35^k-VS  
    }4Lv-9s,  
    波长：632.8nm nJ.p PzH2g  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     UDV,co  
    i NzoDmE*  
    理想输出场参数 qev1bBW  
    =0`"T!1  
    #"%oz^~\  
    直径：1° pox\Gu~.0  
    分辨率：≤0.03° o`\l&jUNe  
    效率：>70% V;ZyAp  
    杂散光：<20% /<s'@!W  
     7Q} P}9n  
    4(2}O-~  
    2.设计相位函数 gIep6nq1`|  
    ~\}%6W[2  
    +60zJ 4  
    "m):"  
     相位的设计请参考会话编辑器 / O6n[qj|  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 25*/]i u  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 GIsXv 2  
     U/Z!c\r  
    3.计算GRIN扩散器 MOP %vS   
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 -MJ6~4k2  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 q .nsGbl  
     最大层厚度如下： A1Mr  
    `4}zB#3  
    4.计算折射率调制 W}+Q!T=  
     gvYa&N  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 <^|8\<J  
    C78YHjy  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 `,tv&siSA  
    uu1-` !%  
    J %jf uj  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 SoS[yr  
    .?CDWbzq  
    V' "p a  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 6cVaO@/(  
     q0jzng  
    Z%6I$KAN8  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 h" Yi'  
    1[D~Ee p  
    *5sr\b4#S  
    :e ?qm7cB  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 9 Bz ~3  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 }E[S%W[  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ,* ?bET $  
    8#2PJHl;  
    5.X/Y采样介质     Xl;u  
    /@lXQM9 T  
    >&RpfE[  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 BM& 95p   
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 'h%)@q)J)  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 !FZb3U@  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 -uqJ~gD  
    E@hvO%  
    k]l M%  
    4Wk/^*?  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 )MHvuk:I)  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 bqFGDmu6'  
     应该选择像素化折射率调制。 ^F5[2<O/!  
    [m?eSq6e2b  
    _OZrH(8  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 i|*(vH&D.  
     只优化和指定一个单周期。 M'$n".,p  
     介质必须切换到周期模式。周期是 "639oB  
    1.20764μm×1.20764μm。     `]_#_  
    o>311(:  
    6.通过GRIN介质传播 hvQOwA;e  
    l131^48U  
    (WCpaC  
    K;,n?Q w  
     通过折射率调制层传播的传播模型： :@KWp{ D7  
    - 薄元近似 W=&\d`><k  
    - 分步光束传播方法。 z^gf@r  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 {kD|8["Ie'  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 `8\ _ ]w0  
     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）。 <QQgOaS`2  
     ~#h@.yW^JN  
    7.模拟结果 320Wm)u>:  
    .<gA a"  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    uwsGtgd&  
    8.结论 $fPf/yQmC  
     /PE3>"|wE  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 J )oa:Q  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 zC(DigN  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 n AQB  
     
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