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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 X>uLGr>  
    oVZzvK(zR  
     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。 [sk n9$  
     设计包括两个步骤: f1'X<VA  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 |y0k}ed  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 r^msJ|k8[  
     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。 r0[<[jEh  
    =8tK]lb  
    EZ"i0u  
    照明光束参数 gfIS  
    Ut'T!RD  
    ]R}(CaT1  
    波长:632.8nm u8>aO>(bVg  
    激光光束直径(1/e2):700um
    6QT&{|q=  
    H{N},B  
    理想输出场参数 0L32sF y  
    1twpOZ>  
    GJQ>VI2cY  
    直径:1° )i:*r8*~  
    分辨率:≤0.03° rA?< \*  
    效率:>70% pi#a!Quf\  
    杂散光:<20% 5HHf3E [  
    P=<lY},  
    @uV]7d"z(  
    2.设计相位函数 m6K7D([f  
    z>,tP  
    xgkCN$zQ`  
    mP6}$ D  
     相位的设计请参考会话编辑器 $")Gd@aR  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 K2n#;fY %  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 >m!Z$m([J  
    <{;'0> ToM  
    3.计算GRIN扩散器 3!sZA?q  
     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#0( y^  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 L ..  
     最大层厚度如下: ZQ`4'|"  
    :a2[d1  
    4.计算折射率调制 <<gW`KF   
    7CF>cpw  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 ~rjK*_3/  
    9$9a BW  
     将传输相位转变为实部,通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 bk=;=K  
    ALO/{:l(  
    I H#CaD  
     生成正向函数,通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 0(u}z  
    NW;_4g4qE  
    W]bytsl  
     乘以最大调制折射率(0.05),通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 RZq_}-P,.c  
    Z vC?F=tH  
    @J6r;4|&  
     将数据转换成数据阵列:Manipulation→Create Numerical Data Array(参见下一张)。 @Ss W  
    p(4B"[!S  
    qSD`S1'2;  
    XJl 3\*  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 iDgc$'%?  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 {`)o xzR  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 o,J8n;"l  
    +5R8mbD!  
    5.X/Y采样介质
    wM;=^br  
    &ns??:\+T  
    oL>o*/  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟 Lq6nmjL  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 \oGU6h<  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 vGJw/ij'X  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 4v5qK  
    pxyFM@Z](  
    \>j@! W  
    QGErQ +l  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 }+u<w{-7/  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 W_/$H_04+  
     应该选择像素化折射率调制。 @l_rB~  
    `tKs|GQf  
    fv* $=m  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 g*4^HbVxt  
     只优化和指定一个单周期。 Z%I 'sWOd  
     介质必须切换到周期模式。周期是 w#L`|cYCm  
    1.20764μm×1.20764μm。
    _a`/{M|  
    K}whqe]j  
    6.通过GRIN介质传播 4~nf~  
    :2A-;P4  
    _4k zlD  
    {p(6bsn_#]  
     通过折射率调制层传播的传播模型: =C)2DWJ1  
    - 薄元近似 Ycxv=Et  
    - 分步光束传播方法。 iWe'|Br  
     对于这个案例,薄元近似足够准确。 |F ~U  
     在传播面板上选择传播方法,并且编辑传播设置。  Qk.[#  
     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)。 a72L%oJ   
    $JK,9G[Vu  
    7.模拟结果 /(}YjeS  
    O;(n[k  
    角强度分布
    (参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd)
    |B\76Nk  
    8.结论 GgvMd~  
    AC?a:{ ./  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 WBD"d<>'  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 O%} hNTS"  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 q-+_Y `_\  
     
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