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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） 3w#kvtDVm  
    I HgYgn  
    1.模拟任务 Y[#i(5w  
     LS*^TA(I[  
     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。 5Z,^4 6J  
     设计包括两个步骤： /w$<0hH#'8  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 }hv>LL  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Vnlns2pQl  
     设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 ]N,n7v+}  
    *^ g7kCe(  
    lZ'-?xo  
    照明光束参数 eJIBkFW/3y  
    %s6|w=.1  
    G$<FQDvs  
    波长：632.8nm :%~+&qS  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     :Em[> XA  
    3FR'N%+  
    理想输出场参数 POdk0CuX  
    HNu/b)-Rb  
    8HS1^\~(6l  
    直径：1° K\v1o  
    分辨率：≤0.03° e/'d0Gb-  
    效率：>70% 7;ZSeQ yC  
    杂散光：<20% u(S~V+<@Z  
     ~m2tWi@  
    0.Pd,L(  
    2.设计相位函数 iqW T<WY  
    ,Y6Me+5B  
    -}_-#L!Q  
    x'tYf^Va28  
     相位的设计请参考会话编辑器 Ze[ezu  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ^NKB  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 sS7r)HV&GI  
     S7vT=  
    3.计算GRIN扩散器 qc;9{$?xV  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 481J=8H  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 f^\qDvPur  
     最大层厚度如下： ~ x- R78'  
    t`1E4$Bb\  
    4.计算折射率调制 #0V$KC*>  
    (P&~PJH  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 yu"enA  
    {p@uH<)  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ~vgm; O  
    8(J&_7u  
    q'{LTg0kk  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 hY X H9:  
    ~Q}JC3f>  
    Q$ r1beA  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 {W*_^>;K  
     L8sHG$[  
    {U/a h2*  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ?$ T! =e"  
    6fV%[.RR  
    7)aitDD  
    bAS('R;4  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 |>(d^<nR^v  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 No#1Ikw  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 SUwSZ@l^|  
    $J}d6%   
    5.X/Y采样介质      &0! f_  
    S?_/Po|  
    _EMq"\ND  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 M5DQ{d<r  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ~u| k1  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 K8xwPoRL  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 A<-Prvryt  
    `@?f@p$(B  
    L7oLV?k  
    x|C[yu^c  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 g_'F(An  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 49. @Uzo  
     应该选择像素化折射率调制。 >; a_i>[  
    WrWJ!   
    &s m7R i  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 ]XX9.Xh=-  
     只优化和指定一个单周期。 V}<Hx3!  
     介质必须切换到周期模式。周期是 ?M?S+@(  
    1.20764μm×1.20764μm。     $ qOV#,@  
    '@OqWdaR  
    6.通过GRIN介质传播 )c~1s  
    rz/^_dV  
    8/lv,m#  
    9gFb=&1k  
     通过折射率调制层传播的传播模型： F-K=Ot j  
    - 薄元近似 :6R0=oz  
    - 分步光束传播方法。 2ZHeOKJ-  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 t [gz#'  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 P=v 0|Y*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）。 N$#518  
     =fA* b  
    7.模拟结果 !&4<"wQ  
    =R+z\`2  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    Bqo8G->  
    8.结论 1e=<df  
     yVds2J'w-  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 zQY|=4NP  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Hj&mwn]  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 v.Fq.  
    }Ej^M~Vv  
     |0!oSNJ  
    QQ：2987619807 "$)Nd+ny  
     
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