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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 正序阅读 楼主  发表于: 2020-11-05
    教程565（1.0） 5=Di<!a;  
    BW "5Aj  
    1.模拟任务 u,UmrR  
     %T~ig[GstX  
     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。 '#&os`mQ  
     设计包括两个步骤： f\jLqZY  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 kOed ]>H  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 *FMMjz  
     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。 QnJZr:4b  
    AT%u%cE-  
    w'UVKpG+  
    照明光束参数 >M`CVUf  
    *" {lMZ +  
    `I3r3WyA  
    波长：632.8nm #H :7@  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     F~P%AjAx'  
    *cgI.+  
    理想输出场参数 lqm1!5dt  
    1A\OC  
    |fHV2Y`:g  
    直径：1° *#C+iAF|)'  
    分辨率：≤0.03° ~FN9 [aJF+  
    效率：>70% fc |GArL#}  
    杂散光：<20% yI"6Da6|y  
     0`[wpZ  
    zlEX+=3  
    2.设计相位函数 #':fkIYe'  
    nuw70*ell  
     {PVWD7  
    }3OKC2K~  
     相位的设计请参考会话编辑器 f>N!wgo[  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 3yB!M  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 `nZ)>  
     d%o&+l#  
    3.计算GRIN扩散器 ;<(W% _  
     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。 zc;|fHW~O  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 )s%[T-uKi  
     最大层厚度如下： TL}++e 7+  
    iT%} $Lu~  
    4.计算折射率调制 p{j.KI s7  
    c1E'$- K@  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 :R~MO&  
    ~x ]jB  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 bp~g;h*E2  
    'LE =6{#  
    \Hn>oonph  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 xo7Kn+ Kl  
    3U7 *>H  
    _Nqt21sL  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ZOZ+Y\uU  
     D F*:_B )  
    j4cwI90=  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 xo&]$W8  
    i}B2R$Z3  
    j'MO(ev  
    (adyZ/j  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 :{q < {^c  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 YJJB.hR+  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Yq%9M=#k  
    CnG+Mc^  
    5.X/Y采样介质     Y07ZB'K  
    GJoS #s  
    "HDcmIXg&  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 P_Gw-`L5T  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 '|Kmq5)  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 ?B}{GL2)  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 q)^Jj ?W  
    c+hQSm|bf)  
    O8j_0  
    qa0 yg8,<  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 8[E!E)4M  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 &C "L  
     应该选择像素化折射率调制。 hHT_V2*  
    ".<DAs j  
    x6e}( &p*  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 ,Q HU_jt  
     只优化和指定一个单周期。 1ke g9]  
     介质必须切换到周期模式。周期是 l@\#Ywz  
    1.20764μm×1.20764μm。     6y9t(m  
    <c qbUL  
    6.通过GRIN介质传播 4DL)rkO  
    nh!a)]c[  
    {ZI)nQ{  
    *rIk:FehLB  
     通过折射率调制层传播的传播模型： !>zo _fP  
    - 薄元近似 ! 3 f?:M  
    - 分步光束传播方法。 iX2]VRNxl  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 +ayos[<0#  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ?MgUY)X  
     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）。 a{qM2P(S  
     a *ushB  
    7.模拟结果 Z(ACc9k6:'  
     ng_^  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    L.jh   
    8.结论 /oR<A  
     'Pn3%&O$  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 +KvU$9Ad>  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 d+Ek%_  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 q(2K6  
    d\ 1Og\U|A  
     pJt,9e6  
    QQ：2987619807 n=c 2K c  
     
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