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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） :O(<3"P/  
    R#QcQx  
    1.模拟任务 :',Q6j(s  
     7Vd"AVn}g  
     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。 2]f"(X4jp  
     设计包括两个步骤： ?TXe.h|u  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 &oyj8  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 tbP ;iK'  
     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。 <RMrp@[  
    &xGcxFd  
    N))G/m3  
    照明光束参数 HYkZMVH{  
    ]1XJQW@gF  
    u0vq`5L  
    波长：632.8nm %O<  qw  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     34$qV{Y%y  
    X!w&ib-  
    理想输出场参数 z^q ~|7  
    8+irul{H_  
    k^ZcgHHgb  
    直径：1° Rf~? u)h1  
    分辨率：≤0.03° @zHTKi`  
    效率：>70% {U,q!<@mq  
    杂散光：<20% > ,v,4,c  
     '*PJ-=G  
    y_=},a  
    2.设计相位函数 _Zq2 <:  
    ^q uv`d  
    YlY3C  
    *:*Kdt`'G  
     相位的设计请参考会话编辑器 'z=QV{ni  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 #z*-  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 )ww#dJn  
     *k]izWsV*  
    3.计算GRIN扩散器 gUcG#  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 @AgV7#  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 A{!D7kwTz~  
     最大层厚度如下： ft"B,  
    XA$Z 7_gu3  
    4.计算折射率调制 2 P=c1;  
    Hz&.]yts2J  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 G%V*+Ond  
    ~S],)E1w  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 "s6O|=^*  
    % e@Jc 3  
    Xiyh3/%yy  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 /puM3ZN  
    L)sCc0fv7k  
    \*5_gPj!d  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 .!\NM&E  
     fFHT`"bD:  
    tWNz:V  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ;34 m!\N5  
    ,DHiM-v  
    +{$NN  
    0;b%@_E  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 N* C"+2  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 "v"w ER?  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Uv(THxVh  
    !Ol>![  
    5.X/Y采样介质     pMB~Lt9  
    i_? S#L]h  
    6%K,3R-d  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 03iD(,@  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 0<{+M`G/  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 #8!xIy  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 -N')LY  
    Tn~b#-0  
    QT;mCD=OD  
    v.08,P{b  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 _$+lyea   
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 u |h T1l  
     应该选择像素化折射率调制。 *g}(qjl<  
    RtrESwtR  
    PKT/U^2X]  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 ::\7s  
     只优化和指定一个单周期。 BPoY32d"_  
     介质必须切换到周期模式。周期是 K% ) K$/A  
    1.20764μm×1.20764μm。     p&nIUx"  
    J~0_  
    6.通过GRIN介质传播 'g8~uP  
    A;t6duBDf/  
    [jD.l;jF  
    %|l^oC+E  
     通过折射率调制层传播的传播模型： IAD_Tck  
    - 薄元近似 2d,q?VH$  
    - 分步光束传播方法。 AwhXCq|k  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 ,cR=W|6cQm  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 MCOz-8@|Y  
     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）。 ZiBTe,;  
     Z|YiYQl[)  
    7.模拟结果 n\Z& sc  
    cxhS*"Ph  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    TSQ/{=r  
    8.结论 $Ik\^:-  
     P"`OuN  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 wG1A]OJl1  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 C F2*W).+  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 /dU-$}>ZI  
    dMAd-q5{  
     QRs!B!Fn0  
    QQ：2987619807 C:77~f-+rQ  
     
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