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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 dx~F [  
     rsIjpPa  
     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。 IX3r$}4  
     设计包括两个步骤： F|"NJ*o}  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 co;2s-X  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ;eWVc;H  
     设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 :>cJ[K?0  
    ";GLX%C!{@  
    3Y=S^*ztd  
    照明光束参数 YX~H!6l  
    _{A($/~c?  
    Hv%a\WNS1  
    波长：632.8nm KsHMAp3  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     F6fm{  
    c  xX  
    理想输出场参数 NSxDCTw  
    kQj8;LU  
    8]0R[kjD  
    直径：1° amPQU  
    分辨率：≤0.03° K r9 @  
    效率：>70% 4u /?..L.  
    杂散光：<20% 9zX\i oT  
     9m#`56G`  
    D7=gUm >  
    2.设计相位函数 \tQRyj\|  
    s(zG.7*3n  
    )2R:P`U  
    =n;ileGm+^  
     相位的设计请参考会话编辑器 ]o_ Ps|  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 LNr2YRpyz  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 +pDuRr  
     ] qrO"X=  
    3.计算GRIN扩散器 6-<r@{m$  
     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。 %T 88K}?=  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 -]N/P{=L  
     最大层厚度如下： 9<xe%V=ki  
    Qx {/izc  
    4.计算折射率调制 hLBX,r)u  
    H1q>UU:  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 7^:s/xHO*  
    Vls*fY:W  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ty(F;M(  
    >bmL;)mc&  
    {At1]>  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 aLP 2p]  
    TG'A'wXxy  
    }n8,Ga%  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 iS02uVmBZ  
     E4WoKuE1$  
    1z{Azp MZ  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 4,uH 4[7  
    {X8F4  
    In]h+tG?rN  
    uI+h9j$vS  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 .\i9}ye  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 "bRck88V  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 )=8X[<^i  
    .(3B}}gB>  
    5.X/Y采样介质     }>SHTHVye  
    tR*J M$T  
    0gxbo  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 taI])  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 e PlEd'Z  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 0hCJovSG%  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 wS8qua  
    /J1O{L  
    _G[5S-0 [  
    3_ObCsJ#,  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 :Iw)xd1d}\  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ;clF\K>  
     应该选择像素化折射率调制。 k4s >sd3 5  
    fMd]P:B  
    L;>tuJY1  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 OyFBM>6gh  
     只优化和指定一个单周期。 |f.=Y~aY  
     介质必须切换到周期模式。周期是 4RJ8 2yq-  
    1.20764μm×1.20764μm。     8%2*RKj  
    <?QY\wyikz  
    6.通过GRIN介质传播 |fq1Mn8  
    fq _6xs  
    ;,4Z5+  
    hG; NJx-=R  
     通过折射率调制层传播的传播模型： }kGJ)zh  
    - 薄元近似 EzwYqw  
    - 分步光束传播方法。 Z=4Krfn  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 3,W2CN}  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 eQJLyeR+  
     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）。 1u 'x|Un  
     Pa%XLn'5  
    7.模拟结果 U3az\E)HV  
    @UE0.R<  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    .}%$l.#a  
    8.结论 8kX3.X`  
     d8/lEmv[  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 !uy?]l  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ngn%"xYX  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 v`bX#\It  
     
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