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    [分享]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-05
    教程565（1.0） mBNa;6w?{*  
    $oNkE  
    1.模拟任务 `:8&m  
     x*YJ :t  
     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。 C}Khh`8@5.  
     设计包括两个步骤： A81kb  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 '{J!5x?L^  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 MW p^.  
     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。 4[6A~iC_  
    $rdA0%;  
    0c]Lm?&  
    照明光束参数 w}'E]y2.  
    c<e$6:|xM  
    _h5@3>b3r  
    波长：632.8nm Abj`0\  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     4 0Du*5M  
    ~2pctqMA  
    理想输出场参数 %1#5 7-  
    Tj.;\a|d  
    r`" ?K]rI  
    直径：1°  yXDf;`J  
    分辨率：≤0.03° $ @^n3ZQ4  
    效率：>70% 3i7n"8\$  
    杂散光：<20% nOOA5Gz   
     Qd@`jwjS  
    s,0,w--=  
    2.设计相位函数 FO*Py)/rX  
    iX4/;2B=,  
    ;VvqKyUh7`  
    IH{g-#U  
     相位的设计请参考会话编辑器 ]e+S~me  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 {4#'`Eejj  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 `/#6k>  
     Fm*O&6W\@A  
    3.计算GRIN扩散器 ]92@&J0w  
     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。 n2$*Z6.G  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 k{9s>l~'  
     最大层厚度如下： \5J/ ?  
    rNZN}g  
    4.计算折射率调制 KaOS!e'  
    [ h%ci3  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 +HNQ2YZ  
    ji">} -  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 [_${N,1  
    OrHnz981K  
    p=eSHs{>A  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 qdOaibH_  
    IX-ir  
    sHKT]^7  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 DUa`8cE}  
     8W#whK2El  
    RzNv|   
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 5&6S["lt  
    5y@JMQSO  
    \U,.!'+  
    YwEXTy>0  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 <1V!-D4xu  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 :tNH Cx  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 5^[V%4y>  
    s&z+j%;+o  
    5.X/Y采样介质     NfKi,^O  
    _v<EFal  
    oT.g@kf=H  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 &rk /ya[  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 4mUQVzV  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 k.?b2]@$  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 )9J&M6LX  
    i9uJ%nd:  
    < JA5.6<=  
     H 2\KI(  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 =((#kDrN  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 {dhGSM7  
     应该选择像素化折射率调制。 ]uj6-0q){W  
    BY72fy#e  
    z`5d,M  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 wSnY;Z9W_  
     只优化和指定一个单周期。 ]xb R:CYJ  
     介质必须切换到周期模式。周期是 rl[&s\[  
    1.20764μm×1.20764μm。     u:NSPAD)  
    M+9G^o)u  
    6.通过GRIN介质传播 ^.M*pe  
    vEOoG>'Zq  
    o"J}@nF  
    PL[7|_%  
     通过折射率调制层传播的传播模型： S2h?Q $e3  
    - 薄元近似 ZWxq<& Cg  
    - 分步光束传播方法。 2VA\{M  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 +t})tDPXw  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 :6./yj(  
     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）。 O3PE w4yA  
     la[xbv   
    7.模拟结果 2mWW0txil  
    ![P1Qv p  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    N{ @B@]  
    8.结论 '/J}T -,Z  
     %70sS].@  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ehPrxIyC  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ;3-5U&Axt  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 ]=m '| 0}  
    %c*azo.  
     ;|5m;x/a  
    QQ：2987619807 HE,# pj(D  
     
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