设计和分析GRIN扩散器(完整)
1.模拟任务 ) =<,$|g *]fBd<(8 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 }"<|.[V) 设计包括两个步骤: VpJ/M(UD- - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 A
e&t#,) - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 pq6}q($Rk 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。 bE2^sx`( 9cAb\5c| %_wX9ZT 照明光束参数 }+0{opY4R ^o]ZDc ewqfs/ 波长:632.8nm aE6I|6W? 激光光束直径(1/e2):700um Y&aFAjj nZa.3/7dJ 理想输出场参数
"w0> bR@ e6.<i ~#dNGWwG 直径:1° p6]4YGw*^ 分辨率:≤0.03° <k'=_mC_ 效率:>70% cA1"Nek 杂散光:<20% Crmxsw.W^Y xR2E? 0T t5#IiPp 2.设计相位函数 U7.3`qd" bo rt2k [y|"iSD m]BxGwT=m 相位的设计请参考会话编辑器 "W;GvI
Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 _h!OGLec 设计没有离散相位级的phase-only传输。 _rXTHo7P 9D:p~_"g 3.计算GRIN扩散器 [k.|iCD 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。 bR6.Xdt.n 最大折射率调制为△n=+0.05。 Yjv}@i" 最大层厚度如下: {wRs V=* 7.$0LN/a!Z 4.计算折射率调制 fn
)m$\2 nVV>;e[ 从IFTA优化文档中显示优化的传输 o ^L3Xiv g4( B=G\j 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 i
~fkjn 6Yebc_, R f8kPbpV, 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ~;k-/Z" NARW3\ ULqnr@/FbK 乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。
@dQIl# 08{0i,Fs W"+*%x 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 X[:Hp`_$ tM]~^U #N_C|v/ ?9nuL}m!a 数据阵列可用于存储折射率调制。 6U6,Wu 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 Ehu^_HZ 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 bB@1tp0+ `P<}MeJ\l 5.X/Y采样介质 ,\q9>cZ! =.O8G=;DOA ?47q0C GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ra=U, 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 2apR7 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 {/G~HoY1i 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 Fg<$;p T%Xl(.Ft }.ZX.qYX #qY`xH'> 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ?U.+SQ 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 hAtf) 应该选择像素化折射率调制。 B-PN +P2 G vMhgG=D r18euB% 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 U8qb2'a8 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 8)HUo?/3 ste0:.*qb 6.通过GRIN介质传播 :,%~R2 [E<NEl* b{JcV }M-^A{C\% 通过折射率调制层传播的传播模型: N|-M|1w96 - 薄元近似 ekC
1wN
l - 分步光束传播方法。 &7_xr.c7 对于这个案例,薄元近似足够准确。 K8M[xaI@ 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 69ZGdN 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)。 %^tKt /ap3>xkt 7.模拟结果 a)w
* 角强度分布 (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd) 4H'\nsM .anXsjD%W 8.结论 @-=0T!/ 0'q&7
MV VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 \6AYx[| 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 OQ>8Q` 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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