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    [技术]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: 2023-03-21
    1.模拟任务 FXbalQ?^  
    !Xzy:  
     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。 qSQsY:]j0  
     设计包括两个步骤: 5r^u7k  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 mW#p&{  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 5Y5N   
     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。 K>Tv M&  
    tj:>o#D  
    ,Z(J;~  
    照明光束参数 %`j2?rn  
    (y?`|=G-xT  
    vl5r~F  
    波长:632.8nm 9U!#Y%*T  
    激光光束直径(1/e2):700um
    41o ~5:&  
    mk +BeK  
    理想输出场参数 B0!W=T\  
    Tl*FK?)MC^  
    _'P!>C!  
    直径:1° ~ym-Szo  
    分辨率:≤0.03° "0{t~?ol  
    效率:>70% \)BDl  
    杂散光:<20% y73@t$|  
    B3yp2tncj  
    BoXGoFn  
    2.设计相位函数 6zJ>n~&(  
    Nk shJ2  
    #zKF/H|_R  
    oHx=Cg;  
     相位的设计请参考会话编辑器 ^4tz*i  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 J,^eq@(  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 lHSu T2)x;  
    } mEsb?  
    3.计算GRIN扩散器 |79n 1;+\?  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板,和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 cz$q~)I$  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 A@OSh6/{h  
     最大层厚度如下: oW8 hC  
    }@jT-t]P  
    4.计算折射率调制 eX9H/&g  
    8}Su7v1  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 u9)<i]2  
    b+mh9q'5E  
     将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 44_CT?t<  
    f*ZIBTb 9  
    S-)%#  
     生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 I)F3sS45}  
    ;PhX[y^*  
    0:3<33]x  
     乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 JheF}/Bx  
    H He~OxWg  
    )6Qk|gIu(  
     将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 #[ hJm'G  
    w1P8p>vA1  
    GHo=)NTjy  
    -( +/u .  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 WjvD C"  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 cakb.Q  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ~F9WR5}]  
    mu =H&JC  
    5.X/Y采样介质
    X?Mc"M  
    6s|4'!  
    }w8:`g'T0/  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟 y~pJ|E  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 f")*I  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 @AU<'?k  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 MPmsW &  
    y #Xq@  
    eb>YvC  
    G' 'l,\3  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 \Q<Ur&J]%  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 pg'3j3JW$  
     应该选择像素化折射率调制。 $zuemjW3p  
    wIT}>8o  
    fUg I*V  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 7J@D})si  
     只优化和指定一个单周期。 csF!*!tta  
     介质必须切换到周期模式。周期是 x0!5z1KQh  
    1.20764μm×1.20764μm。
    9@."Y>1G  
    DIu rFDQSS  
    6.通过GRIN介质传播  uM9[  
    vQpR0IEf]e  
    >-{)wk;1&  
    ki^c)Tqn  
     通过折射率调制层传播的传播模型: Ll !J!{  
    - 薄元近似 RjS&^u aP  
    - 分步光束传播方法。 $Z;?d@6yI  
     对于这个案例,薄元近似足够准确。 //}[(9b'\  
     在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 3+2&@:$t  
     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)。 k~st;FO  
    V_g9oR_  
    7.模拟结果 `2@t) :  
    eSgCS*}0$z  
    角强度分布
    (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)
    |NcfR"[c  
    8.结论 `%x6;Ha  
    =-c"~4  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 `_6!nk q8  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Tv& -n  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 idf~"a  
     
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