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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-05
    教程565(1.0) JsD|igqF-  
    mfCp@1;26  
    1.模拟任务 {q1u[T&r  
    hxe X6  
     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。 *9O@DF&*6  
     设计包括两个步骤: h1REL^!c  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 >PmnR>x-rj  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 zW9/[Db  
     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。 r"xs?P&/$  
    PJ3M,2H1b.  
    IB\O[R$x  
    照明光束参数 N/6! |F  
    }^tW's8  
    -"uOh,G}  
    波长:632.8nm <`'T#e$  
    激光光束直径(1/e2):700um
    <@H`5[R  
    z,xGjS P  
    理想输出场参数 h h7unHt-  
    ( we)0AxF'  
    +*L<"@  
    直径:1° Gw-y6e'|Y  
    分辨率:≤0.03° c$^~7.~{Qy  
    效率:>70% y/>IF|aX  
    杂散光:<20% $q*hE&x Qd  
    t 0.71(  
    xVN(It7g  
    2.设计相位函数 A"i $.dR{  
    *%CDQx0}  
    %Hu?syo  
    ex6 QHUQ  
     相位的设计请参考会话编辑器 F4DJML-(  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ,{2= nb[  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 vR4omB{  
    \c4D|7\=  
    3.计算GRIN扩散器 9 iV_  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板,和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 H/}W_ h^^  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 o@sL/5,  
     最大层厚度如下: &oxHVZJ  
    Ubm]V{7  
    4.计算折射率调制 i F \H  
    /tj_WO_  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 "</A) y&  
    =z!/:M  
     将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 {uN-bl?o  
    T~8kKw  
    Y_nl9}&+C0  
     生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 P&IS$FC.\  
    P,@/ap7J  
    yT|44 D2j  
     乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 r;_*.|AH  
    KAg-M#  
    \+j:d9?  
     将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 'U-8w@\Z  
    =[,EFkU?B  
    "0LSy x  
    08+\fT [  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 wOg#J  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 L)c]i'WZ  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 B`)TRt+'.  
    B#r"|x#[  
    5.X/Y采样介质
    XtqhK"f%  
    +GncQs y  
    =q}Z2 OoYh  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟 {r%T_BfY  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 %bS1$ v\n  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 *!pn6OJ"Q}  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 Clb7=@f  
    m- bu{  
    ^l<!:SS  
    -S#jOr  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ?&!e f {  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 Pkv+^[(4  
     应该选择像素化折射率调制。 Mm;[f'{M)  
    "B>8on8O  
    L+~XW'P?  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 6^lix9q7  
     只优化和指定一个单周期。 B=~uJUr  
     介质必须切换到周期模式。周期是 CB#B!;I8v  
    1.20764μm×1.20764μm。
    DMOP*;Uk  
    b=5ZfhIg[  
    6.通过GRIN介质传播 Xl:.`{5L  
    dQ_hlx!J  
    ]FgKL0  
    !%[fi[p  
     通过折射率调制层传播的传播模型: PS8^=  
    - 薄元近似 (3~^zwA  
    - 分步光束传播方法。 9h/Hy aN  
     对于这个案例,薄元近似足够准确。 gVrfZ&XF84  
     在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 @_wJN Qo`  
     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)。 ?aI. Z+#  
    )2Bb,p<Wr  
    7.模拟结果 G[6i\Et   
    Lrmhr3 w5  
    角强度分布
    (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)
    p[ &b@U#  
    8.结论 a?xZsR  
    &*74 5,e  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 $+PyW( r  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 wbvOf X  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 {u+=K-Bj  
    *s<cgPKJ @  
    ;/t~MH  
    QQ:2987619807 m2P&DdN[  
     
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