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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 正序阅读 楼主  发表于: 2023-03-21
    1.模拟任务 -o\o{?t,  
     M|HW$8V3_2  
     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。 -> $]`h"  
     设计包括两个步骤： ihv=y\Jt  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 q\0CS>.  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 0[\^Y<ec  
     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。 !&8nwOG  
    m {dXN=  
    G&eRhif  
    照明光束参数 )9oF?l^q  
    ?p&CR[  
    ](^$5Am  
    波长：632.8nm PT t#Ixn,  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     r4X0. mPY*  
    {Kbb4%P+h  
    理想输出场参数 T/m4jf2  
    *wvd[q h  
    ]2Vu+AP  
    直径：1° &oU) ,H  
    分辨率：≤0.03° RB,`I#z1f  
    效率：>70% //x^[fkNq)  
    杂散光：<20% eUY/H1  
     n5Coxvy1  
    <%_7%  
    2.设计相位函数 5mtsN#  
    nM=5L:d  
    As5*)o"&  
    %a'Nf/9=:  
     相位的设计请参考会话编辑器 @pV~Q2%  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 #![9QUvcf  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 JY5)^<.d  
     jyLE  
    3.计算GRIN扩散器 &1!T@^56  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 3Ygt!  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 y}\d]*5  
     最大层厚度如下： yF [|dB  
    z(o zMH  
    4.计算折射率调制 q=,  
    e$vvmbK.  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 =yR$^VSY  
    t9U-c5bR  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 uG\ @e'pr  
    oJ:\8>)9  
    qcmf*Yl:v  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 x>ZnQ6x~m]  
    (=jztIZ C  
    j\LJ{?;jC  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 # $N)  
     )R+26wZ|n*  
    [iO*t, 3@h  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 +o ;}*  
    ],W/IDv  
    8:9/RL\"x  
    -ff@W m  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 K6z)&<  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ;YfKG8(0  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ,E._A(Z  
    "p"M9P'  
    5.X/Y采样介质     \nzaF4+$  
    i&di}x  
    q r<+@Q  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 a,/wqX  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 2[V9`r8*  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 dlf nhf  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ^e~m`R2fHh  
    *"HA=-Z;  
    [_X.Equ  
    9w:F_gr  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 #}lq2!f6  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 o4U[;.?c  
     应该选择像素化折射率调制。 s?9$o Qq1  
    32S5Ai@Cd"  
    K^yZfpa8  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 V,?BVt  
     只优化和指定一个单周期。 ,|7!/]0&  
     介质必须切换到周期模式。周期是 4iPxtVT  
    1.20764μm×1.20764μm。     h!!7LPxt  
     %&81xAt  
    6.通过GRIN介质传播 37U2Tb!y '  
    e.n*IJ_fz  
    aSEzh7 8  
    }rKKIF^f\S  
     通过折射率调制层传播的传播模型：  aj|gt  
    - 薄元近似 >39\u &)  
    - 分步光束传播方法。 b]oPx8*'  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 xE"QX N  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ? 3t]9z  
     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）。 kKHGcm^r  
     |%tI!RN):  
    7.模拟结果 g-NfZj?  
    Y2 oN.{IH  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    8jd Ex&K  
    8.结论 YsBOh{Ml  
     '7ps_pz  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 LEgx"H=c  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 CY?19Ak-xd  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 fEYo<@5c]  
     
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