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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 U*!q@g_  
     #^4p(eZ[}  
     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。 %IL] Wz<  
     设计包括两个步骤： 6<u =hhL  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 }E0~'  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 duFVh8  
     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。 lqe|1vN  
    `u$  Rd  
    +pXYBwH 7Q  
    照明光束参数 X6)%2TwO  
    3q ujz)o  
    cvxYuP~  
    波长：632.8nm T$rhz)_q  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     Q6)Wh6Cm  
    BbsgZ4  
    理想输出场参数 o@:${> jw  
    _N)/X|=~s  
    !IF]P#  
    直径：1° d!0iv'^t  
    分辨率：≤0.03° q)te/J@  
    效率：>70% `yF6-F  
    杂散光：<20% diHK  
     Z*/{^ zsE  
    XuS3#L/3p  
    2.设计相位函数 mh#NmW>n  
    @n2Dt d  
    |?v(?  
    yC\dM1X  
     相位的设计请参考会话编辑器 ]Q0m]OaT  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Q\Wh]=}  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 2qd5iOhX+  
     }uP`=T!"8  
    3.计算GRIN扩散器 =r|e]4  
     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。 wN NXUW  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 wnUuoX(  
     最大层厚度如下： e~oh%l^C72  
    &s6;2G&L$  
    4.计算折射率调制 HQ /D)D  
    ) XCG4-1  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 xmVW6 ,<?  
    GmhfBW?  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 Y"H'BT!b}  
    =&T%Jm}  
    xVxN @[  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 s>J\h  
    D/[;Y<X#V  
    \-Vja{J]  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 f$>KTb({B  
     R7\T.;8+  
    A1Ru&fd!  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 *^y,Gg/  
    +Vv+<M  
    [#@\A]LO  
    f/7on| bv  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 *kY JwO^  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 srlxp_^  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 b:WA}x V  
    8:t!m>(*  
    5.X/Y采样介质     rEHlo[7^  
    :o3>  
    &?[g8A  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 `T\_Wje(  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。  p!> 5}f6  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 _D 9/,n$  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 o5B]?ekpq  
    b>h L*9  
    ~3& *>H^U  
    k"3@ G?JY  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 [][ze2+b  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 z:^ (#G{  
     应该选择像素化折射率调制。 uG7?:) pxv  
    C/?x`2'  
    qnb#~=x^  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 &w!(.uDO  
     只优化和指定一个单周期。 _Z>n y&   
     介质必须切换到周期模式。周期是 +~K) ~  
    1.20764μm×1.20764μm。     y(ceEV  
    ++sbSl)Q  
    6.通过GRIN介质传播 3/N~`!zeX  
    0fGt7 "Q  
    |.KB  
    =;"eZ  
     通过折射率调制层传播的传播模型： 2= Y8$-  
    - 薄元近似 |2E:]wT}qg  
    - 分步光束传播方法。 U?%T~!  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 _z=yt t9D  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 J#IVu?B  
     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）。 XuoyB{U  
     b_&:tE--]  
    7.模拟结果 { SF'YbY  
    h ,\5C/  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    ,. zHG  
    8.结论 K=! C\T"I%  
     NR,R.N^[  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 oI5^.Dr FW  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 D GL=\  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 C);3GPp  
     
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