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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） K</EVt,U~  
    5|O~  
    1.模拟任务 Iue}AGxu:{  
     : N9,/-s  
     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。 }?G([s56  
     设计包括两个步骤： sjGy=d{:oL  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 TWE>"8]  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 y_mTO4\C2  
     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。 $ix:S$  
    @7UZ{+67*C  
    Znr6,[U+q  
    照明光束参数 tV?-   
    &s6;2G&L$  
    HQ /D)D  
    波长：632.8nm GdN9bA&,  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     xmVW6 ,<?  
    GmhfBW?  
    理想输出场参数 Y"H'BT!b}  
    =&T%Jm}  
    xVxN @[  
    直径：1° s>J\h  
    分辨率：≤0.03° D/[;Y<X#V  
    效率：>70% \-Vja{J]  
    杂散光：<20% M( w'TE@  
     5 w-Pq&q  
    ^?M# |>  
    2.设计相位函数 *^y,Gg/  
    B]2m(0Y>>v  
    |$|B0mj  
    lXpbAW  
     相位的设计请参考会话编辑器 cN%  r\  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 i?wEd!=w  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 b:WA}x V  
     8:t!m>(*  
    3.计算GRIN扩散器 rEHlo[7^  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 :o3>  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 &?[g8A  
     最大层厚度如下： `T\_Wje(  
     p!> 5}f6  
    4.计算折射率调制 _D 9/,n$  
    o5B]?ekpq  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 b>h L*9  
    ~3& *>H^U  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。  $UD$NSl  
    LZtO Q__B)  
    }j$tFFVi~  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ; ,Nvg6c  
    )\KU:_l  
    bL`># M_^  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ^jb jH I&  
     ]z O6ESH  
    8vkCmV  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ' !2NSv  
    redMlHM  
    4A`U [r_>D  
    `h%K8];<6f  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 dQn , 0  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 s6F0&L;N&  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ~9y/MR  
    HTLS$o;Q  
    5.X/Y采样介质     *Sg6VGP  
    /HH_Zi0?N|  
    DHg)]FQ/  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 (gRTSd T ?  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 :}U jX|D  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 wP7 E8'  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 )[ QT ?;  
    .sjv"D"  
    tdHeZv  
    u4tv= +jh  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 j[,XJ,5=  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 Bz(L}V]\k  
     应该选择像素化折射率调制。 99\lZ{f(  
    e45)t}'  
    +B[XTn,Cru  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 U3jnH  
     只优化和指定一个单周期。 d]USk&8  
     介质必须切换到周期模式。周期是 4T6: C?V  
    1.20764μm×1.20764μm。     Co,?<v=Ll  
    EQe$~}[  
    6.通过GRIN介质传播 q[Tl#*P?y  
    ]u^ybW"  
    ef7BG(  
    ;VzdlCZ@  
     通过折射率调制层传播的传播模型： jM-7  
    - 薄元近似 27i-B\r  
    - 分步光束传播方法。 O1@3V/.Wu  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 4k9$' k  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 HVdB*QEH  
     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）。 4B9D  
     i[4!% FxB  
    7.模拟结果 7~r_nP_  
    ZA&bp{}D  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    u+y3( 0  
    8.结论 s",G w]8  
     nq,:UYNJ  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 T_q M@/f  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ?\I@w4  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 XqU0AbQ  
    xU2i&il^!  
     Z`f?7/"B  
    QQ：2987619807 p' 6h9/  
     
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