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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） @vh3S+=M  
    bo '  
    1.模拟任务 *v)JX _  
     6Xb\a^ q  
     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。 =G]} L<  
     设计包括两个步骤： FY)vrM*yh  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 Q:& ,8h[  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 D|/Azy.[  
     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。 <mjH#aSy  
    []/=!?5B  
    VI,z7 \  
    照明光束参数 Z#BwJHh  
    %Qgo0  
    4- ^|e  
    波长：632.8nm kbJ/7  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     C(Ujx=G+3  
    @ +h2R  
    理想输出场参数 v|t_kNX;v*  
    #F@53N  
    8+{WH/}y8  
    直径：1° ^)<>5.%1''  
    分辨率：≤0.03° [X0Wfb}{  
    效率：>70% ]`0(^)U &  
    杂散光：<20% ]|18tVXc  
     9a9<I  
    xRpL\4cs  
    2.设计相位函数 :P #   
    D{'x7!5r  
    H$au02dpU  
    &>\E >mJ  
     相位的设计请参考会话编辑器 %Ez%pT0TQ#  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 . \M@oF  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 an={h,  
     !;.i#c_u  
    3.计算GRIN扩散器 xfCq;?MupW  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 hAi50q;z  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 ]b4*`}\  
     最大层厚度如下： htk5\^(X  
    ]^$&Ejpe#  
    4.计算折射率调制 A1e|Y  
    H>AQlO+J  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 i`Fg kABw  
    L3lf28W  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 oNY;z-QK  
    }C!N$8d,  
    ?&EPZqI  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 B;9X{"  
    KGd L1~  
    <\!+J\YTA  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 %>`0hk88  
     LL|$M;S  
    +Wh0Of  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 |0:< Z(  
    T V\21  
    EL$l . v  
    J5h;~l!y  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 -'3~Y 2#  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 qFp }+s  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 r7o63]  
    cdVh_"[  
    5.X/Y采样介质     KZUB{Y^)  
    _Z z" `  
    hE0 p> R8  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 YA9Xe+g  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 fvK):eCo  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 Tm~a& p  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 7y.$'<  
    LPX@oha  
    <gRv7 ?V[z  
    E7@0,9A U  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 /=&HunaxI  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 W- 5Z"m1I  
     应该选择像素化折射率调制。  +LeZjA[  
    [t/7hx"2t  
    ts/ rV#s~  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 'bVDmm).  
     只优化和指定一个单周期。  "_t2R &A  
     介质必须切换到周期模式。周期是 8gWifx #N  
    1.20764μm×1.20764μm。     b!Pz~faXD  
    <seb,> :  
    6.通过GRIN介质传播 Y ]&D;w  
    oe`t ? (U  
    =EwC6+8*M  
    D_er(  
     通过折射率调制层传播的传播模型： xR `4<  
    - 薄元近似 hvCX,^LoJ  
    - 分步光束传播方法。 - `F#MN  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 |pxM8g1w  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 O& k+;r  
     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）。 vpu20?E>5z  
     ?4v&TB@  
    7.模拟结果 7.7P>U  
    3p`*'j2R  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    9nF;$ HB  
    8.结论 7\I,;swo  
      %~Vgz(/  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 e<o{3*%p)  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 :H($|$\h  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 &U/7D!^X  
    A (z lX_  
     NT+%u-  
    QQ：2987619807 s8;/'?K  
     
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