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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） `p?E{k.N  
    a ;S^<8  
    1.模拟任务 Y+jKP*ri  
     ,?d%&3z<a  
     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。 &V:dcJ^Q  
     设计包括两个步骤： ;:e,C@Fm  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 G2^DukK.  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 #] GM#.  
     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。 j>b OnCp~  
    >@L HJ61C  
    `P5"5N\h  
    照明光束参数 "|G,P-5G"  
    5->PDp  
    ;?o C=c  
    波长：632.8nm f!J^vDl  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     ~JNuy"8  
    $K KaA{0-  
    理想输出场参数 ,pASjFWi  
    CbHNb~  
    P8VU&b\  
    直径：1° Qm.kXlsDI  
    分辨率：≤0.03° -&EmEXs%  
    效率：>70% %pp+V1FH  
    杂散光：<20% ( 7?%Hg  
     9A_7:V]_  
    jwq"B$ap  
    2.设计相位函数 gCJ'wv)6|%  
    }gW}Vr <  
    JB(;[#'~  
    'JMa2/7CG  
     相位的设计请参考会话编辑器 dc>y7$2  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 1 ~7_!  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 tAA7  
     W*<]`U_.  
    3.计算GRIN扩散器 Vd0GTpB?1  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 @(cS8%wK  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 CP#79=1  
     最大层厚度如下： 4cQ5E9  
    QB[s8"S  
    4.计算折射率调制 9^ r  
    *jK))|%  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 >>$|,Q-.  
    QP B"E W  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 $P(nh'\  
    W\,lII0  
    JC"K{ V{  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 >y9o&D  
    lAk1ncx  
    'u[o`31.  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 MI(i%$R-A  
     }BJ1#<  
    42CMRGv  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 GX)QIe~;qJ  
    2]9<%-=S  
    h`]/3Ma*:  
    3~</lAm;  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 3}21bL  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 {0e{!v  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 8uxFXQ  
    f^4*.~cB  
    5.X/Y采样介质      _)E8XyzF  
    6B/"M-YME  
    -^H5z+"^  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 Q) BoWd  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 5"am>$rh  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 AtlR!I EUb  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 LDEt.,6i  
    A9UaLSe  
    ;lH,bX~5  
    t!SQLgA  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 TDIOK  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 iT5SuIv  
     应该选择像素化折射率调制。 a<'$`z|s  
    Zk#i9[g9*  
    bM^A9BxD  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 5?L:8kHsH  
     只优化和指定一个单周期。 0~b6wuFl  
     介质必须切换到周期模式。周期是 kQd[E-b7  
    1.20764μm×1.20764μm。     &NjZD4m`=  
    8ex:OTzn|  
    6.通过GRIN介质传播 Y"kS!!C>[  
    P .4b+9T x  
    'lsq3!d.  
    ;9p5YxD  
     通过折射率调制层传播的传播模型： ,DuZMGg  
    - 薄元近似 ICbdKgLz  
    - 分步光束传播方法。 /B@% pq  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 qb> r\bc  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 @GZa:(  
     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）。 B"8JFf}"q  
     T:%wX9W  
    7.模拟结果 5rA!VES T  
    sQ:VrXwP  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    tD7C7m  
    8.结论 <Mn7`i  
     sx<+ *Trl  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 h"1"h.  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ;=VK _3"  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 <6b\i5j  
    [{p?BTs  
     H"GE\  
    QQ：2987619807 RQS:h]?:l  
     
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