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infotek 2024-10-30 07:51

设计和分析GRIN扩散器(完整)

1.模拟任务 2(@2 z[eKr  
W3/bM>1  
 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。 D^US2B  
 设计包括两个步骤: &TQ~!ZMOR"  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 pQ:^ ziwa3  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 qfE0J;e   
 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。 /[FDiJH2  
rVNx 2  
/u4RZ|&as  
照明光束参数 [=q/f2_1.  
u5k {.&  
I\k<PglRA  
波长:632.8nm 9>S)*lU&s  
激光光束直径(1/e2):700um
A%W]XEa<  
U\?D;ABQ%  
理想输出场参数 ra T9  
W?.469yy  
&3Zb?  
直径:1° 9Sxr9FLW~  
分辨率:≤0.03° :)lG}c  
效率:>70% %0C [v7\  
杂散光:<20% aX;>XL4  
i3N{Dt  
<lf692.3  
2.设计相位函数 O?Bf (y  
K_)~&Cu*'  
1\m,8i+gU  
0@-4.IHl  
 相位的设计请参考会话编辑器 {f #QZS!E  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 (6ga*5<  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ` 5Kg[nB:  
3d6z_Yd:  
3.计算GRIN扩散器 t2(X  
 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。 <WZ{<'ajI  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 &<98n T  
 最大层厚度如下: 5 :IDl1f5  
yogavCD9b/  
4.计算折射率调制 t[`LG)  
 k;+TN9  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 m1pA]}Y/5o  
FAdTm#tgW]  
 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 0>BxS9?w  
ay7\Ae]  
*gwlW/%Fz  
 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 $C7a #?YF,  
;m7G8)I  
V ,p~,rC  
 乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 zX_F+"]THt  
spfW)v/T!  
Ow/,pC >V  
 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 f X[xZGV,  
B<SE|~\2  
b_~XTWP$l  
GB|>eZLv<  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 =;0-t\w!  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 0Gs\x  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 _,L_H[FN  
'z"vk  
5.X/Y采样介质 p*Q-o  
]M*`Y[5"  
5VTVx1P[8  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 e' l9  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 $VHIU1JjZ  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 u4~+Bc_GL  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。
>XgJo7u  
?A|JKOst]  
~x,_A>a  
dBd7#V:}yV  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 +;~o R_p  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 p$ \>3\  
 应该选择像素化折射率调制。 ~6i'V?>  
Gf"TI:xa  
l%EvXdZuOy  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 @bA5uY!  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 y{@\8B]  
^ 0YQlT98  
6.通过GRIN介质传播 O"'xAPQW  
dHIk3j-!  
;|vP|Xi  
nnj<k5  
 通过折射率调制层传播的传播模型: MMFg{8  
- 薄元近似 1GK.:s6.f  
- 分步光束传播方法。 .m]}Ba}J$  
 对于这个案例,薄元近似足够准确。 |)!f".`  
 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 N5*Q nb8  
 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)。 yIKpyyC9H  
v`,!wS  
7.模拟结果 PN93.G(W  
角强度分布
(参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)
FB?~:7+'  
N~=I))i  
8.结论 E_=F' sP?  
$~6MR_Yq  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 vT Eq T  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 o`c+eMwr(  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。
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