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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 opsQn\4DZ?  
     '|A|vCRCG  
     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。 NJtQx2Sd'H  
     设计包括两个步骤： eGm:)   
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 A)tP()+)  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 'Qa5n\HX$  
     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。 U@G"`RYl  
    *G9sy_  
    5%*w<6<_z  
    照明光束参数 /<);=&[  
    m9in1RI%  
    zuSq+px L@  
    波长：632.8nm vY6oV jM  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     ,`k _|//}=  
    $ a?  
    理想输出场参数 0}{'C5  
    :\XI0E  
    ui:=  
    直径：1° x2co>.i  
    分辨率：≤0.03° WJ |:kuF  
    效率：>70% rcV-_+KE(B  
    杂散光：<20% ^$v3eKA  
     S}(8f!9<  
    Z$ p0&~   
    2.设计相位函数 98R KCc9h  
    c.A Yx I"  
    UiH!Dl}<  
    A4.4Dji,x  
     相位的设计请参考会话编辑器 xg<Hxn,<M  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 =-NiO@5o  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 sIy  
     7tNc=,x}  
    3.计算GRIN扩散器 r> k-KdS  
     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。 {%C*{,#+8q  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 j%L&jH 6@  
     最大层厚度如下： ]PWDE"  
    !M7<BD};  
    4.计算折射率调制 K*q[(,9  
    +vW)vS[  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 S4N(cn&  
    oRM)% N#  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 j~E",7Q'  
    ?^i1_v7 Bi  
    :`\) P,  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 RBwO+J53y  
    +-<}+8G;  
    k|vI<:'p,  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 'm3t|:nMU  
     jCioE  
    a,|?5j9,P  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。  x}TS  
    =-KMb`xT  
    fpWg R4__  
     R'}95S<  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 HDVW0QaMu  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 cc}Key@D  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 q5x[~]?  
    7 <9yH:1  
    5.X/Y采样介质     0Yl4eB-  
    yNg9X(U  
    #3$\Iu  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ke_ [  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ^T5X)Nu{=C  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 G7GZDi  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 )+P]Vf\jH  
    \Q~8?p+  
    m2~&#c\  
    Yd EptAI  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Rk6deI]  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ,Lpixnm]  
     应该选择像素化折射率调制。 *\}}Bv+9  
    1'.7_EQ4T  
    {@W93=Vq8  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 p;T{i._iL  
     只优化和指定一个单周期。 [XVEBA4GI  
     介质必须切换到周期模式。周期是 Fd]\txOXj  
    1.20764μm×1.20764μm。     *NFg;<:j  
    ;-P)m  
    6.通过GRIN介质传播 rxn Frx  
    Ub1hHA*)  
    Y;4!i?el  
    3`E=#ff%  
     通过折射率调制层传播的传播模型： s m,VYYs  
    - 薄元近似 ]\-^>!F#K  
    - 分步光束传播方法。 S$TmZk=  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 G!w"{Bk?9  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 >F1kR\!  
     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）。 {S/yL[S.  
     S$)*&46g  
    7.模拟结果 Hy.AyU|L  
    `Z: R Ce^  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    GSclK|#t E  
    8.结论 5=Xy,hmnC  
     >r`b_K  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 m!<i0thJ  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 U,#yqER'r  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 j /=i Mq  
     
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