光場(chǎng)調(diào)制
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
光場(chǎng)調(diào)制的實(shí)例教程
大家好，今天我分享的案例模型是一種基于光耦合器的熱光調(diào)制光開(kāi)關(guān)模型。是基于rsoft軟件中beam模塊耦合熱光調(diào)制物理場(chǎng)而展開(kāi)模擬研究的。
圖1 熱光調(diào)制光開(kāi)關(guān)基本幾何模型
其中加熱電極為鋁電極，具體配置的材料參數(shù)圖示如下圖2所示：
圖2鋁電極材料設(shè)置參數(shù)
其中參數(shù)WA,PxA均為參數(shù)變量，可自行設(shè)定控制波導(dǎo)所在位置。由于熱光調(diào)制效應(yīng)需要涉及到物理場(chǎng)熱光效應(yīng)模塊，因此對(duì)于波導(dǎo)、鋁電極材料分別進(jìn)行相應(yīng)材料參數(shù)設(shè)定。具體如下圖3所示
圖3 波導(dǎo)材料及鋁熱電極熱光材料參數(shù)設(shè)定
在完成多物理場(chǎng)耦合設(shè)置后，進(jìn)行物理場(chǎng)模擬運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果如下所示，由于溫度的變化導(dǎo)致波導(dǎo)表面的折射率發(fā)生相應(yīng)的改變：
圖4 溫度變化導(dǎo)致波導(dǎo)表面處有折射率變化
圖5 熱光調(diào)制光開(kāi)光結(jié)果圖
如圖5所示，為耦合式光開(kāi)關(guān)調(diào)控光場(chǎng)的模擬示意圖，藍(lán)色為入射光波導(dǎo)中的光監(jiān)測(cè)能量，綠色為耦合端波導(dǎo)的耦合光能量。因?yàn)榧訜犭姌O對(duì)耦合器的熱光調(diào)制作用會(huì)使得入射光端處的光能量更顯著一些，而耦合端的光能量較低。因此可實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)的閉合和通路的作用。
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展開(kāi) 根據(jù)這一現(xiàn)象，利用光場(chǎng)調(diào)制技術(shù)將焦點(diǎn)調(diào)制為4×4的點(diǎn)陣，焦點(diǎn)之間的間隔略小于刻蝕后藍(lán)寶石底部的球面直徑，可以避免由不同晶向引起的三棱柱側(cè)邊，從而實(shí)現(xiàn)具有高表面質(zhì)量的藍(lán)寶石微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。
圖 7（d）是利用飛秒激光空間光場(chǎng)調(diào)制和濕法刻蝕制備的大面積藍(lán)寶石微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，可以看到其尺寸分布比較均勻，且都具有比較好的成像效果（圖 7（e））。
結(jié)論
由于液晶空間光調(diào)制器的高衍射效率和高柔性的光場(chǎng)調(diào)制能力，將飛秒激光空間光場(chǎng)調(diào)制與濕法刻蝕相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)石英表面微凹透鏡陣列的高效制備，并且在制備過(guò)程中僅通過(guò)改變?nèi)D的方式即可實(shí)現(xiàn)對(duì)微凹透鏡尺寸和數(shù)值孔徑的調(diào)制。
此外，由于光場(chǎng)調(diào)制方法可以對(duì)加工過(guò)程中多個(gè)物理量進(jìn)行控制，因此通過(guò)合理地設(shè)計(jì)焦點(diǎn)陣列的位置和相對(duì)能量，單次曝光即可實(shí)現(xiàn)三維空間排列的微凹透鏡陣列結(jié)構(gòu)。
此外，這種光場(chǎng)調(diào)制與濕法刻蝕的加工方式也適用于其他能夠被溶液各項(xiàng)同性刻蝕的材料，包括藍(lán)寶石等晶體材料。這種加工方式具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
盡管利用光場(chǎng)調(diào)制和濕法刻蝕可以實(shí)現(xiàn)高效微光學(xué)元件的制備，但是就目前而言其僅能應(yīng)用到簡(jiǎn)單的微凹透鏡陣列，對(duì)于具有復(fù)雜輪廓的微光學(xué)元件仍有困難。
如何利用光場(chǎng)調(diào)制與濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)具有高表面質(zhì)量且三維輪廓可控的硬質(zhì)材料微光學(xué)元件的高效制備，對(duì)飛秒激光微納加工領(lǐng)域和微納光學(xué)領(lǐng)域都具有十分重要的意義。
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展開(kāi) 最后，把計(jì)算引擎設(shè)置為場(chǎng)追跡，選好合適的傳播算子，然后運(yùn)行。為什么這里推薦場(chǎng)追跡？因?yàn)镈OE本質(zhì)上是對(duì)光場(chǎng)相位進(jìn)行精細(xì)調(diào)制，最終你關(guān)心的是經(jīng)過(guò)傳播之后，目標(biāo)面上的振幅和相位怎么演化成目標(biāo)光斑。場(chǎng)追跡方法在這類問(wèn)題上非常合適，能夠比較完整地保留波動(dòng)光學(xué)信息。
第五步，跑起來(lái)，看結(jié)果說(shuō)話
為什么這很重要？因?yàn)槔硐胫械腄OE通常是連續(xù)相位，而實(shí)際加工出來(lái)的，往往是有限臺(tái)階，比如二值、四臺(tái)階、八臺(tái)階、十六臺(tái)階等等。臺(tái)階越少，對(duì)理想波前的逼近通常越差，衍射效率、均勻性、背景噪聲都可能受影響。所以如果你只驗(yàn)證連續(xù)相位，那你得到的是理論最優(yōu)表現(xiàn)； 如果你進(jìn)一步驗(yàn)證量化相位，你看到的才更接近實(shí)際落地表現(xiàn)。這一層差別，往往決定了一個(gè)方案到底能不能真的走到制造。
這一步好用的地方，不僅僅在于“導(dǎo)入成功”。更大的價(jià)值在于，Data-Defined Transimission(CF-TRAN01) 通常還支持對(duì)連續(xù)相位圖做多臺(tái)階量化處理。也就是說(shuō)，你可以在這里進(jìn)一步模擬現(xiàn)實(shí)工藝。
來(lái)到最關(guān)鍵的一步：把剛才生成的透過(guò)率函數(shù)導(dǎo)入 Data-Defined Transimission(CF-TRAN01) 中，讓它正式成為這個(gè)元件的調(diào)制內(nèi)容，如圖3右圖所示。到這里，Data-Defined Transimission(CF-TRAN01) 就不再是一個(gè)空殼了，而是變成了一個(gè)由你的相位圖定義出來(lái)的DOE器件。
第四步，把透過(guò)率函數(shù)塞進(jìn) Data-Defined Transimission(CF-TRAN01) 里
圖4.
展開(kāi) 
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你得先想辦法把它變成一個(gè)“有物理意義的器件”，軟件才能拿它去調(diào)制入射光場(chǎng)。Data-Defined Transimission(CF-TRAN01) 的作用，恰恰就是把這件事接起來(lái)。
三、Data-Defined Transimission(CF-TRAN01) 到底好用在哪？
這個(gè)案例好就好在，它非常像真實(shí)項(xiàng)目里的一個(gè)最小閉環(huán)。
是基于rsoft軟件中beam模塊耦合熱光調(diào)制物理場(chǎng)而展開(kāi)模擬研究的。
圖1 熱光調(diào)制光開(kāi)關(guān)基本幾何模型
其中加熱電極為鋁電極，具體配置的材料參數(shù)圖示如下圖2所示：
圖2鋁電極材料設(shè)置參數(shù)
其中參數(shù)WA,PxA均為參數(shù)變量，可自行設(shè)定控制波導(dǎo)所在位置。
結(jié)論
由于液晶空間光調(diào)制器的高衍射效率和高柔性的光場(chǎng)調(diào)制能力，將飛秒激光空間光場(chǎng)調(diào)制與濕法刻蝕相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)石英表面微凹透鏡陣列的高效制備，并且在制備過(guò)程中僅通過(guò)改變?nèi)D的方式即可實(shí)現(xiàn)對(duì)微凹透鏡尺寸和數(shù)值孔徑的調(diào)制。
