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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 Gukvd6-g9b  
     C<T6l'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。 mP6}$ D  
     设计包括两个步骤： C_q2bI  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 D8~\*0->  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 c*zeO@AAn  
     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。 }|;j2'(R  
    |"%OI~^%  
    u$5.GmKm  
    照明光束参数 C<9GdN  
    <{;'0> ToM  
    r 9M3rj]  
    波长：632.8nm DxN\ H"  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     7\yh(+kN  
    - uO(qUa#  
    理想输出场参数 4B[pQlg  
    T;{}bc&I  
    ?,v& o>*  
    直径：1° Ho*B<#&(A|  
    分辨率：≤0.03° WwWOic2  
    效率：>70% G~u$BV'  
    杂散光：<20% _!,2"dS  
     ;3& wO~lW  
    >)*d/^  
    2.设计相位函数 |unvDXx-  
    qHyOaK Md  
    ]:2Ro:4Yv  
    E'mT%@M OM  
     相位的设计请参考会话编辑器 c'VCCXe  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 @mg5vt!$`  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 kxyOe[7 S  
     jz;{,F  
    3.计算GRIN扩散器 >f^kp8`3{Y  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 EFI!b60mc  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 nwfu@h0G  
     最大层厚度如下： @m%B>X28F  
    @C[p?ak  
    4.计算折射率调制 daSx^/$R  
    Wql=PqF  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 1TfFWlf[B  
    D(|+z-}M  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 (Lh!7g/0N  
    @44*<!da  
    L$!2<eK  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 @J6r;4|&  
    kt_O=  
    !U2<\!_  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 e~># M $  
     pO N#r  
    Vx5fQ mx  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 XrMw$_0)  
    _*sd#  
    yD!GgnW  
    /?Y4C)G  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 Z RwN#?x  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 0%HAa|L,,  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 #a|r ^%D  
    'ju_l)(R  
    5.X/Y采样介质     d0%Wz5Np  
    |7Z}#eP//  
    h?4EVOx+  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 9|@5eN:N  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ?/,V{!UTtq  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 >OjK0jiPf  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ?/@XJcm+  
    "5N$u(: b  
    ' < >Q20  
    @'hkU$N)  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 9-1'jNV  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 vt(}8C+  
     应该选择像素化折射率调制。 mdmJne.  
    Dcs O~mg  
    &:g1*+  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 ?TW?2+  
     只优化和指定一个单周期。 &K=) YpT  
     介质必须切换到周期模式。周期是 `@6y Wb:X  
    1.20764μm×1.20764μm。     QGErQ +l  
    5OFB[  
    6.通过GRIN介质传播 _|MK0'+f  
    q/@r#  
    ] ONmWo77o  
    [{`&a#Q  
     通过折射率调制层传播的传播模型： O_ $zK  
    - 薄元近似 w'xPKO$bzR  
    - 分步光束传播方法。 4/S3hH  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 DI-CC[  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 HG5E,^1n  
     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）。 1[a#blL6W  
     2Mw`  
    7.模拟结果 \l5G   
    X6r<#n|l  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    /6 x[C  
    8.结论 {=3'H?$  
     Ne1W!0YLK  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 r=RiuxxTq  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 brqmi<*9"[  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 =6fJUy^M\  
     
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