设计和分析GRIN扩散器(完整)

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cherryjhy 发表于 2023-3-20 17:28:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
教程565(1.0)

1.模拟任务

 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。
 设计包括两个步骤:
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。
 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。

1-1FH11R533207.png


照明光束参数

波长:632.8nm
激光光束直径(1/e2):700um
1-1FH11R601J9.png



理想输出场参数

直径:1°
分辨率:≤0.03°
效率:>70%
杂散光:<20%

1-1FH11RAIa.png



2.设计相位函数

1-1FH11T103213.png


 相位的设计请参考会话编辑器
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。
 设计没有离散相位级的phase-only传输。


3.计算GRIN扩散器
 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。
 最大折射率调制为△n=+0.05。
 最大层厚度如下:

4.计算折射率调制

1-1FH11T214403.png

从IFTA优化文档中显示优化的传输

 将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。

1-1FH11T3041S.png


 生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。

1-1FH11T332607.png



 乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。

1-1FH11T45JO.png


 将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。

1-1FH11T5252U.png

1-1FH11T54VD.png


 数据阵列可用于存储折射率调制。
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。

5.X/Y采样介质


1-1FH11T61V12.png

 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。
1-1FH11TA2250.png


1-1FH11TGO43.png


 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。
 应该选择像素化折射率调制。
1-1FH11TJV39.png

1-1FH11TQ12Z.png


 优化的GRIN介质是周期性结构。
 只优化和指定一个单周期。
 介质必须切换到周期模式。周期是
1.20764μm×1.20764μm。



6.通过GRIN介质传播

1-1FH11TTM03.png

1-1FH11T915122.png


 通过折射率调制层传播的传播模型:
- 薄元近似
- 分步光束传播方法。
 对于这个案例,薄元近似足够准确。
 在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。
 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)。


7.模拟结果

1-1FH11T952110.png

角强度分布

(参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)


8.结论

 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。
 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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