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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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    离线infotek
    科学家
     
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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2023-03-21
    1.模拟任务 [}jj<!9A_;  
     Bmi:2} j  
     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。 b1eK(F  
     设计包括两个步骤： 'E@2I9Kj  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 xcAF  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 d?Ia#K9 3G  
     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。 +p8qsT#7  
    J2)-cY5G  
    0~(\lkh*!9  
    照明光束参数 **Qe`}E:  
    xI-=t ib  
    }g%KvYB_  
    波长：632.8nm 3"HGEUqA  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     2Px$0&VN  
    y|FBYcn#F  
    理想输出场参数 k'6<jEbk  
    }C_G0'"F  
    Q x9>,e6+  
    直径：1° !G+n"-h9'  
    分辨率：≤0.03° L*kh?PS;  
    效率：>70% R>/QA RX  
    杂散光：<20% M"k3zK,  
     ?Ry%c6(}  
    g,A.Y,})  
    2.设计相位函数 '*o7_Ez-{  
    a7XXhsZ  
    z Y$X|= f  
    8o*\W$K@  
     相位的设计请参考会话编辑器 L?Kz P.(t+  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 |@T5$Xg]5  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 [[";1l  
     "R@$Wu53|  
    3.计算GRIN扩散器 {bAWc.  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 O;"*_Xq(`  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 p?J~'  
     最大层厚度如下： xI/{)I1f  
    d,GtH)(s  
    4.计算折射率调制 zhVa.r A  
    >%PL_<Vbv  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 hLDch5J5~  
    KdBq@  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 LUe>)eqw  
    1YF+(fk  
    8`L#1ybMO  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 %a)0?U  
    @%I_&!d  
    ? 6yF{!F*  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 )[@YHE5g  
     ;~'cITL  
    t%]^5<+X58  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 cJ7{4YK_#/  
    4 ~MJ4:  
    7/p J6>  
    0Y38 T)k  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 :{TmR3.  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ';;p8bv+  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 i-:8TfI,  
    d'Ik@D]I  
    5.X/Y采样介质     v -|P_O&z  
    'XZI{q2i  
    IF36K^K  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 A}t&-  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 bo~{<UT  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 >m2<Nl}  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 k *G!.  
    2 0Cie q  
    Q}=W>|aE.  
    !yV,|)y5F  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 sT[av  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 uK4'n+_>\  
     应该选择像素化折射率调制。 5 CY_Ay\  
    zDvP7hl  
    nyl8=F:V  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 -A-hxK*^  
     只优化和指定一个单周期。 8XS {6<  
     介质必须切换到周期模式。周期是 w$(0V$l_  
    1.20764μm×1.20764μm。     k+7M|t.?4  
    O#Zs3k  
    6.通过GRIN介质传播 p^4;fD  
    r:WgjjA%  
    %0~wtZH_!  
    U&]p!DV&;  
     通过折射率调制层传播的传播模型： quCWc2pXX  
    - 薄元近似 UpszCY4  
    - 分步光束传播方法。 9znx1AsN  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 ['}^;Y?*o  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 xM'S ;Sg  
     场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 },Y; (n'  
     HM$`z"p5jg  
    7.模拟结果 "z#?OV5  
    }n2-*{)x  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    |peMr#  
    8.结论 {!{7zM%u0C  
     g~^{-6Vg  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 eUKl Co  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 m`yn9(1Y[  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 M::IE|h  
     
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