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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 W5(t+$L.  
     9}`O*A=KC  
     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。 /dhx+K~  
     设计包括两个步骤： JU:!lyd  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 zB\g'F/  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 KgVit+4u/  
     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。 ]>/YU*\  
    [y}/QPR  
    Y\BB;"x1  
    照明光束参数 l9 )iLOj  
    YS,kjL/  
    #h ;j2  
    波长：632.8nm hxx,E>k  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     (}O)pqZ>  
    hSaS2RLF  
    理想输出场参数 2ko7t9y&  
    UA{sUj+?  
    - t4"BD  
    直径：1° rfYu8-  
    分辨率：≤0.03° 7GfgW02  
    效率：>70% ,oIZ5u{#,  
    杂散光：<20% %H>vMR-,~  
     EVNTn`J_  
    {b^naE  
    2.设计相位函数 y 4,2Xs9,  
    og MLv}  
    R%aH{UhE`  
    W)^:*z  
     相位的设计请参考会话编辑器 /`hr)  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Q6,rY(b6  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 3k;U#H  
     NUH;GMj,,  
    3.计算GRIN扩散器 Y:^ =jV7  
     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。 h@Ea$1'e,  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 7t5X  
     最大层厚度如下： Y@KZ:0<  
    ro@Zbm;P  
    4.计算折射率调制 @ 5 kKMz  
    p$f#W  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 /2>-h-zBjw  
    )oTEB#J  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 vc6UA%/f  
    '`"LX!"ZO  
    l4U& CA y  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 D> Z>4:EM  
    n8[sR;r5f  
    Rt7}e09HV  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ;DC0LJ  
     ?MKf=! w  
    KblOP{I  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 KrMIJA4>  
    f*XF"@ZQV  
    ^ eM=h  
    >]:R{1h  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 j`,;J[Zd`h  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 XYod>[.x  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 bQXxb(^  
    UgJlXB|a%2  
    5.X/Y采样介质     mI9h| n  
    ]~?k%Mpw  
    e7,iO#@:m  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 7;CeQx/W)W  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ?jqZeO#W7  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 v^@L?{" }8  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 1"/V?ArfL  
    yp@mxI@1  
    O b8[P=  
    V.y+u7<3}  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 #cdLg-v  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 =v:_N.Fh-c  
     应该选择像素化折射率调制。 zNE!m:s  
    ATnD~iACY  
    ]2h[.qa  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 ,<EmuEw |  
     只优化和指定一个单周期。 d[~c-G6  
     介质必须切换到周期模式。周期是 J3:P/n&  
    1.20764μm×1.20764μm。     am%qlN<  
    ]VwAHT&je  
    6.通过GRIN介质传播 jQb=N%5s  
    7]nPWz1%*  
    jb7=1OPD_  
    5&}icS  
     通过折射率调制层传播的传播模型： *r-Bt1  
    - 薄元近似 ]G1j\wnF  
    - 分步光束传播方法。 n|,Es!8:o  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 UD9h5PgT  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 LL[ +QcH  
     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）。 hJ}G5pX  
     G x,D'H'  
    7.模拟结果 +vU.#C_2  
    3_h%g$04 s  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    =x7ODBYW^  
    8.结论 ^k_!+8"q{  
     Y\op9 Fw  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 |HG%o 3E]  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 e<p$Op  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 ?-i|f_`  
     
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