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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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    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 <s7OY`(8   
     8- U1Y  
     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。 <-1(G1v  
     设计包括两个步骤： "V;5Lp b  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 mu?6Phj  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 " tUS>c/  
     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。 Uz`K#Bz   
    z!r-g(^G  
    9svnB@  
    照明光束参数 Q8kdX6NMd&  
    ^/<0r] =  
    lStYfO:<'v  
    波长：632.8nm "XEK oeG{  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     $]Vvu{  
    Gs% cod  
    理想输出场参数 v&NC` dVR  
    ]}~[2k.  
    ;gC.fpu  
    直径：1° RiY9[ec2  
    分辨率：≤0.03° 9,4Lb]  
    效率：>70% Sj$XRkbj:  
    杂散光：<20% 8d90B9  
     FM)Es&p&  
    /NH9$u.g  
    2.设计相位函数 &3Q!'pJJ  
    [=63xPxs.  
    .%D9leiRe  
    ){PL6|5x  
     相位的设计请参考会话编辑器 >0W:snNK  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 0 s-IW  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 {PXN$p:'  
     G8y:f%I!b  
    3.计算GRIN扩散器 t_-1sWeA!  
     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。 L@"1d.k_  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 Yy$GfjJtL]  
     最大层厚度如下： {g:I5 A#  
    ;<JyA3i^V,  
    4.计算折射率调制 p@H3NX  
    dA`.  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 o Q!56\R  
    J;K-Pv +  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 aIrQ=}  
    v[r5!,F  
    FY^[?lj  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 z"b}V01F#  
    S}/?L m}  
    y&HfF~  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 oJcDs-!  
     rNgFsFQ>.  
    D5wy7`c  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 z$VA]tI(  
    VOkEDH  
    |a(%a43fC  
    TTS.wBpR,  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 s&<6{AU(id  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 K8sgeX|  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 qP"+SVqC  
    nhfHY-l} 7  
    5.X/Y采样介质     h}X^  
    )%4%Uo_Xm  
    $*035f  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 2VrO8q(  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ?R  4sH  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 xQ[~ c1  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 Hh_Yd)  
    }klET   
    i@=0fHiZQ  
    y"Fp4$qb  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 *o}LI6_u  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 W 6_~.m"b  
     应该选择像素化折射率调制。 z|w@eQ",  
    I[r  
    >vDa`|g  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 aZ[ aZU  
     只优化和指定一个单周期。 cs]N%M^s  
     介质必须切换到周期模式。周期是 qSB]Zm<  
    1.20764μm×1.20764μm。     C+, JLK  
    &n_aMZ;  
    6.通过GRIN介质传播 ?-40bb  
    Pc+8CuN?  
    |v,5s=} 7  
    %^e~;i=2  
     通过折射率调制层传播的传播模型： <Yzk]98W5.  
    - 薄元近似 *Nv!Kuk  
    - 分步光束传播方法。 Q}pnb3J>T  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 c-|~ABtEpX  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 Fap@cW3?8  
     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）。 "|{3V:e>a  
     So&an !  
    7.模拟结果 v!\\aG/  
    zG\g{cB  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    r-27AJu  
    8.结论 p$>e{-u  
     vx:MLmZ.  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 :6~DOvY  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 WD wW`  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 \E9Hk{V:6  
     
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