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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） w+)${|N?  
    \s)MN s  
    1.模拟任务 w-K A~  
      S_P&Fv  
     本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 XoKgs,y4  
     设计包括两个步骤： [G}dPXD  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 Nc\DXc-N  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ~B;}jI]d[  
     设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 p1UloG\  
    &>jz[3  
    )E9!m  
    照明光束参数 Lz 1.+:Ag  
    +=($mcw#[  
    oMbd1uus  
    波长：632.8nm * :L"#20:R  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     BN9e S   
    T?1BcY  
    理想输出场参数 >=N-P< %  
    : @|Rj_S;  
    eo]nkyYDP  
    直径：1° KrGl}|  
    分辨率：≤0.03° yj:@Fg-3g  
    效率：>70% i@rtt M  
    杂散光：<20% 2y`h'z  
     S^%3Vf}  
    mx9vjW fy  
    2.设计相位函数 sC3Vj(d!i  
    {!2K-7;  
    v2x+_K}J  
    ai<qK3!O  
     相位的设计请参考会话编辑器 7i"b\{5  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 /9_%NR[  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 2^'Ec:|f  
     lj<Sa  
    3.计算GRIN扩散器 EXSJ@k6=8s  
     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。 ]aPf-O*  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 0qN`-0Yk  
     最大层厚度如下： O\<zQ2m  
    f/Y&)#g>k  
    4.计算折射率调制 EDnNS  
    %,[,mW4l   
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 5UQ {qm*Q  
    mu\1hKq;B  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 Z1fY' f  
    V*n$$-5 1-  
    X.<3 /  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ~xqiasE#K  
    T";evM66  
    i:YX_+n  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 B?B OAH  
     s*rR> D:  
    1]/;qNEv  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 d[6 'w ?  
    2Hd\>{*  
    =q VT  
    XZ%[;[  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 (utP@d^  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 `}ak]Z_  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 9n(68|^$  
    5 tKgm/  
    5.X/Y采样介质     0d+n[Go+S  
    Pg}QRCB@  
    (xo`*Q,+  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 >5t! Xt  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 I0x)d`  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 v*V( hMy  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 @XJ7ff&  
    -*7i:mg  
    BWxfY^,'&6  
    ~u%$ 9IhM  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 az ZtuDfv  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 6:(s8e  
     应该选择像素化折射率调制。 1Le8W)J  
    kl]V_ 7[  
    e%e.|+  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 8-@@QZ\N  
     只优化和指定一个单周期。 X$UK;O  
     介质必须切换到周期模式。周期是 {m*lt3$k  
    1.20764μm×1.20764μm。     P;.roD9  
    anSZWQ  
    6.通过GRIN介质传播 l,J>[Q`<  
    8gavcsVE[  
    ?EC\ .{  
    }Nr6oUn  
     通过折射率调制层传播的传播模型： &.E/%pQ`  
    - 薄元近似 X| \`\[  
    - 分步光束传播方法。 ]$drBk86bh  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 #HV5M1mb  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 2,:{ 5]Q$  
     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）。 g)6>=Qo`8E  
     ou-#+Sdd  
    7.模拟结果 68j1s vz9  
    <P#BQt f  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    =6U5^+|d  
    8.结论 m}z6Bbis0  
     ^ ##j {h7  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 {_b2!!p  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 sl-wNIQ  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 curYD~7  
    [\3ZMH *  
     q;#AlquY@  
    QQ：2987619807 -Kg.w*\H7/  
     
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