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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 D'#Q`H  
     .w.:o2L  
     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。 s.}K?)mH  
     设计包括两个步骤： -Qn7+?P  
    - 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 n_e'n|T  
    - 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 UUJQc ~=  
     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。 L9 D`hefz  
    ,94<j,"  
    '3(^Zv  
    照明光束参数 [s {!  
    7mi!yTr}  
    %x$U(I}  
    波长：632.8nm J/?Nf2L4  
    激光光束直径（1/e2）：700um
     neDXzMxF  
    i/ilG 3m>  
    理想输出场参数 WD[eoi  
    } p'ZMj&  
    &[.`xZ(|  
    直径：1° !.] JiT'o  
    分辨率：≤0.03° *Y m? gCig  
    效率：>70% 7Gc{&hp*  
    杂散光：<20% +J X;T(T  
     M<fhQJ  
    ^"/^)Lb!@M  
    2.设计相位函数 >M,oyM" s  
    1PkCWRpR  
    2d ! '9mA  
    h4? x_"V"  
     相位的设计请参考会话编辑器 #@S%?`4,  
     Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 86r5!@WN  
     设计没有离散相位级的phase-only传输。 !Lf<hS^  
     x%G3L\ 5  
    3.计算GRIN扩散器 k"(]V  
     GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 N4!`iS Y  
     最大折射率调制为△n=+0.05。 0mY Y:?v  
     最大层厚度如下： @c3xUK   
    |^pev2g  
    4.计算折射率调制 yGZsNd {a&  
    XIHN6aQ{X  
    从IFTA优化文档中显示优化的传输 <>cS@V5j  
    S\ k<  
     将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 e#(Ck{e  
    >Jz9wo`  
    :HkBP90o  
     生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 7RAB"T;?Q  
    5'~_d@M  
    dj0; tQ=C  
     乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 kmI0V[Y  
     7F^d-  
    RK>Pe3<  
     将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 `2s!%/  
    z^gJy,T  
    0B NLTRv  
    NO"PO @&Wk  
     数据阵列可用于存储折射率调制。 wl Oeoi  
     选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 a|aVc'j  
     插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ~4S$+*'8  
    K2x[ApS#  
    5.X/Y采样介质     ^PksXfk  
    }'X=&3m  
    IV QH p  
     GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 tT$OnZu&  
     这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ]n22+]D  
     元件厚度对应于层厚度12.656μm。 }I"C4'(a  
     折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 (C2 XFg_  
    o u|emAV  
    )?L=o0  
    0J)s2&H  
     基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 H"P b)t  
     折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 gg;r;3u  
     应该选择像素化折射率调制。 h~MV=7 lE  
    S:\i M:  
    nR!e(  
     优化的GRIN介质是周期性结构。 V|7YRa@  
     只优化和指定一个单周期。 e%4?-{(  
     介质必须切换到周期模式。周期是 ]Z JoC!u  
    1.20764μm×1.20764μm。     P:qmg"i@3  
     6 K $mW  
    6.通过GRIN介质传播 X'9.fKp  
    VSj!Gm0LB  
    +Q*`kg'  
    dj|5'<l2  
     通过折射率调制层传播的传播模型： 97}]@xN=  
    - 薄元近似 bdUPo+  
    - 分步光束传播方法。 TQ Vk;&A  
     对于这个案例，薄元近似足够准确。 85{m+1O~  
     在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ?Cq7_rq  
     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）。 |Lq8cA)|y  
     prBLNZp  
    7.模拟结果 l?Y^3x}j  
    j)1yv.  
    角强度分布
    （参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）
    7*'/E#M  
    8.结论 yoi4w 7:  
     N!A20Bv  
     VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 .J#'k+>  
     优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 x^f<G 6z  
     可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。 ajbe7#}  
     
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