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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 正序阅读 楼主  发表于: 2023-03-21
    1.模拟任务 `rn/H;r!Z  
     `CWhjL8^  
     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。 : #a  
     设计包括两个步骤： eA& #33  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ^Laqq%PI  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 `4K|L6  
     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。 ,V1"Typ#<  
    h7Uj "qH  
    BH'*I yv  
    照明光束参数 v]SxZLa  
    /si<Fp)z  
    B?B OAH  
    波长：632.8nm s*rR> D:  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     3jZGO9ttnS  
    Rw'}>?k]  
    理想输出场参数 ho=!Yy  
    ]T)N{"&N/  
    y,:WLk~  
    直径：1° LuySa2 ,  
    分辨率：≤0.03° kN/YnY*J<  
    效率：>70% $ W7}Igx#  
    杂散光：<20% 0`E G-Hw  
     _*H Hdd5I  
    %Yu~56c-  
    2.设计相位函数 T U6s~  
    zTc;-,  
    AFi_P\X  
    M-t 9M~  
     相位的设计请参考会话编辑器 cvsH-uAp  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 *)RKU),3nL  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 ZiZ@3O6  
     o}Grb/LJ  
    3.计算GRIN扩散器 #e@NV4q  
     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。 1Le8W)J  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 kl]V_ 7[  
     最大层厚度如下： e%e.|+  
    8-@@QZ\N  
    4.计算折射率调制 !L.R"8!  
    U,!qNi}  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 ymm]+v5S.]  
     0J+WCm`  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 CcUF)$kz  
    R3G\Gchd  
    &pY '  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Tw';;euw  
    <TVJ9l  
    l<1zLA~G  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 [2,D]e  
     ^mL X}E]  
    :#g.%&  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ,marNG  
    `<g]p-=":  
    m}z6Bbis0  
    ^ ##j {h7  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 {> ,M  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 OH06{I>;  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ]){ZL  
    I8! .n  
    5.X/Y采样介质     #M~yt`R~  
    i!%WEHPe  
    }vh <x6  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 Y-bTKSn  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Dh4 Lffy  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 bVz<8b6h'-  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 (W#CDw<ja  
    @&G}'6vF!  
    SZTn=\  
    VWzQXo  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 R ?s;L r  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 X'b3CS4  
     应该选择像素化折射率调制。 NxF:s,a6  
    Z-lhJ<0/Pa  
    K&&T:'=/  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 v)np.j0V7  
     只优化和指定一个单周期。 LCSvw  
     介质必须切换到周期模式。周期是 ]*P9=!x|M  
    1.20764μm×1.20764μm。     Pl=)eq YY  
    7HVENj_b+M  
    6.通过GRIN介质传播 ~D@YLW1z(  
    &Z>??|f  
    2OpA1$n6  
    r-YJ$/J  
     通过折射率调制层传播的传播模型： OK v2..8  
    - 薄元近似 f/c&Ya(D~  
    - 分步光束传播方法。 -ysNo4#e&  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 Ej)7[  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 3\4e{3$  
     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）。 cz,CL/rno  
     p@O Ip  
    7.模拟结果 ]d[e  
    TgjjwcO Y  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    )C"ixZ>2xQ  
    8.结论 j^#p#`m  
     @p~scE.#\  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 7[P-;8)tq  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 m#_Rv  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 LU;zpXg\  
     
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