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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 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-21
    1.模拟任务 )mS Aog<  
     DhYQ>Gv8U  
     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。 W/L~&.'  
     设计包括两个步骤： *CMe:a  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ):31!IC  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ymiOtA Z  
     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。 ^,qi` Tk  
    :[?hU}9  
    cE$7CSR  
    照明光束参数 C0Z mv  
    Hcq?7_)  
    1!~=8FTv  
    波长：632.8nm |1uyJ?%B  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     ?zM]p"M  
    B ;@7  
    理想输出场参数 )OS^tG[=  
    +:+q,0~*]  
    =`Pgo5A  
    直径：1° 1 \:5ow&a  
    分辨率：≤0.03° TFjb1 a,)  
    效率：>70% buu~#m 1z  
    杂散光：<20% xy5&}_Y  
     <k+dJ=f  
    jhOQ)QE|  
    2.设计相位函数 >|'u:`A  
    f .-b.nNf  
    g4EC[>5!r  
    #?DwOUw  
     相位的设计请参考会话编辑器 6 GqR]KD  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ' @i0~  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 B+:/!_  
     p#g o<Y#  
    3.计算GRIN扩散器 4i|yEf  
     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。 ?S9? ?y/  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 :[YHJaK  
     最大层厚度如下： nLicog)!I  
    589hfET  
    4.计算折射率调制 _FR_6*C)5  
    F,5~a_GP?  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 7uQiP&v  
    B|XrjI?  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 cBZ$$$v\#  
    j1D 1tn  
    v"ZNS  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 (d mLEt  
    &y_Ya%Z3*e  
    tqbYrF)  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 +L(|?|i8  
     89hV{^  
    p?rh+0wgX  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 L8R{W0Zr>!  
    F#NuZ'U  
    x# MMrV&M  
    0])D)%B k  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 j}u b  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 S7a05NO  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 )<YfLDgTs  
    Sq22]  
    5.X/Y采样介质     FJ-X~^  
    <OgwA$abl%  
    5?l8;xe`{f  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 `4IZ4sPi  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 pNUe|b+P  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 *'&]DJj  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 9!} ?}`'_  
    Ln+;HorZ]  
    F-R5Ib-F*A  
    dbga >j  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 !%X~`&9  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 eYtP396C|  
     应该选择像素化折射率调制。 V_\9t8  
    JsP<etX  
    (}B3df  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 [/=Z2mt A  
     只优化和指定一个单周期。 C*X=nezq  
     介质必须切换到周期模式。周期是 L0\~ K~q  
    1.20764μm×1.20764μm。     LUaOp "  
    ,{6 Vf|?  
    6.通过GRIN介质传播 Fv_B(a  
    R1 C}S  
    +h ]~m_O  
    je;C}4  
     通过折射率调制层传播的传播模型： <#nt?Xn  
    - 薄元近似 h-.xx 4D  
    - 分步光束传播方法。 {"PIS&]tR  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 )&6ZgRq  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ~`97?6*Ra  
     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）。 'nIKkQ" N  
     ~Z`Cu~7  
    7.模拟结果 =O%Hf bx  
    icK>|   
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    mV'-1  
    8.结论 eC{St0  
     YMn*i<m  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 WhT5NE9t  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 x?7z15\  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 k3+LP7|*  
     
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