教程565（1.0）

 

1.模擬任務
 

? 本教程將介紹設計和分析生成Top Hat圖案的折射率調制擴散器圖層。

? 設計包括兩個步驟：

- 設計相位函數來生成一個角譜Top Hat分布。

- 基于相位調制來計算對應的折射率調制。

? 設計相位函數是基于案例DO.002。在開始設計一個梯度折射率擴散器之前，我們迫切地推薦您先閱讀這個案例。

 

 

照明光束參數

波長：632.8nm

激光光束直徑（1/e2）：700um

 

理想輸出場參數

直徑：1°

分辨率：≤0.03°

效率：>70%

雜散光：<20%

 

 

2.設計相位函數

 

? 相位的設計請參考會話編輯器

? Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和優化文檔Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。

? 設計沒有離散相位級的phase-only傳輸。

 

3.計算GRIN擴散器

? GRIN擴散器應該包含一個1mm厚度石英玻璃作為基板，和一個折射率調制的丙烯酸薄層。

? 最大折射率調制為△n=+0.05。

? 最大層厚度如下：

 

4.計算折射率調制

 

從IFTA優化文檔中顯示優化的傳輸

 

? 將傳輸相位轉變為實部，通過函數Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。

 

 

? 生成正向函數，通過Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函數。

 

 

 

? 乘以最大調制折射率（0.05），通過Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函數。
 

 

? 將數據轉換成數據陣列：Manipulation→Create Numerical Data Array（參見下一張）。

 

? 數據陣列可用于存儲折射率調制。

? 選擇在下一個對話框中將實部轉化為一個數據陣列圖。

? 插值應該設置為Nearest NEIGHBOR來得到一個像素化折射率調制。

5.X/Y采樣介質

 

 

? GRIN擴散器層將由雙界面元件模擬。

? 這個元件可以在平面層和任意折射率調制之間進行模擬。

? 元件厚度對應于層厚度12.656μm。

? 折射率調制由采樣x/y調制介質模擬。

 

? 基材丙烯酸的離散數據應該從miscellaneous材料目錄中加載。

? 折射率調制的數據陣列必須設置到介質中。

? 應該選擇像素化折射率調制。

? 優化的GRIN介質是周期性結構。

? 只優化和指定一個單周期。

? 介質必須切換到周期模式。周期是

1.20764μm×1.20764μm。

 

6.通過GRIN介質傳播

 

 

? 通過折射率調制層傳播的傳播模型：

- 薄元近似

- 分步光束傳播方法。

? 對于這個案例，薄元近似足夠準確。

? 在傳播面板上選擇傳播方法，并且編輯傳播設置。

? 場采樣必須設置為手動模式并且采樣距離為4.5μm（半像素尺寸）。

 

7.模擬結果

 

角強度分布

（參見Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）

8.結論
 

? VirtualLab Fusion支持設計GRIN衍射光學元件和全息圖。

? 優化的GRIN元件可以生成任意的二維強度分布。

? 可以模擬通過x/y平面上任意調制的介質中的光傳播。