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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 0"7+;(\1Rk  
    cr;:5D%_  
     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。 ILr=< j  
     设计包括两个步骤: 4dixHpq'  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 75a3hPCZ  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 { <Gyjq  
     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。 =%8 yEb*5#  
    0SvPr [ >  
    }etdXO_^  
    照明光束参数 1IoW}yT  
    :G>w MMv&z  
    t]I9[5Pq\  
    波长:632.8nm 'goKYl#1Q  
    激光光束直径(1/e2):700um
    UIDeMz  
    *AV%=   
    理想输出场参数 Cu`  
    % PzkVs  
    )W=O~g  
    直径:1° OPN\{<`*d  
    分辨率:≤0.03° M|c_P)7ym  
    效率:>70% A6[FH\f  
    杂散光:<20% n*"r!&Dg  
    dC,C[7\  
    nA0%M1a  
    2.设计相位函数 %%ouf06.|  
    %Bw:6Y4LZ  
    JPF6zzl)  
    g8cBb5(L  
     相位的设计请参考会话编辑器 /4O))}TX  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 wU|@fm"  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 Xfg3q.q  
    3w)r""C&  
    3.计算GRIN扩散器 WOZuFS13  
     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。 S'5)K  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 ^?RH<z  
     最大层厚度如下: CNb(\]  
    ^mn!;nu  
    4.计算折射率调制 W`PJ flr|  
    i.'"`pn_  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 4Q0ZY(2 EO  
    fV4rVy8  
     将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 _yg;5#3  
    cO7ii~&%!  
    "x R6~8  
     生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 A:ts_*  
    pMT7/y-  
    (mp  
     乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 FB wG3x  
    lIS`_H}  
    .^*;hZ~4%  
     将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 ^+Nd\tp  
    .O"a:^i  
    r'Wf4p^Xd  
    ke8g tbm  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 ( 0/M?YQF  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 kr+p&|.  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Dx1(}D  
    iO?AY  
    5.X/Y采样介质
    <qfAW?tF  
    l,lqhq\  
    OW#0$%f  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟 +Kb 7N, "  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 !O%!A<3  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 keLeD1  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 {Vj&i.2,  
    k*?T^<c3  
    Wz.iDRFl  
    }O7sP^  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 /V09Na,N  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 >BO$tbU5b  
     应该选择像素化折射率调制。 Y>w7%N  
    F$\Da)Y  
    ?'0!>EjY"  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 <4.Exha;=  
     只优化和指定一个单周期。 qr4 lr!#t  
     介质必须切换到周期模式。周期是 jbipNgxkr  
    1.20764μm×1.20764μm。
    nrMW5>&-`  
    2c]"*Pb  
    6.通过GRIN介质传播 s>o#Ob@4'  
    SbGdcCB  
     7qy PI  
    tnobqL'  
     通过折射率调制层传播的传播模型: =tD*,2]  
    - 薄元近似 }},0#Ap  
    - 分步光束传播方法。 rs?Dn6:;B  
     对于这个案例,薄元近似足够准确。 >\[]z^J  
     在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。 r|UJJ9i  
     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)。 WGn=3(4  
    E>s+"y  
    7.模拟结果 U4=l`{5on  
    BzS4:e<  
    角强度分布
    (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)
    9{OO'at?  
    8.结论 SPE)db3  
    x7/Vf,N  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ]Z5m_-I  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 y#B=9Ri=z  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 `;Tf_6c  
     
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