[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 s${ew.eW  
q,A;d^g  
 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。 NLf6}  
 设计包括两个步骤： jNBvy1  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 Mt"j<
]EW  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。  $ac VJI?  
 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。 h.(CAm%Y7  
_Gvn1"l  
]X%T^3%G  
照明光束参数 gq\ulLyOeZ  
.IXkdy  
Lj`MFZ  
波长：632.8nm Ksr.'  
激光光束直径（1/e2）：700um 8bd&XieE  
HG{r\jh
 
理想输出场参数 E]/` JI'%  
k` cz$>  
nO.RB#I$F  
直径：1° q$7SJ.pF  
分辨率：≤0.03° l.NV]up+  
效率：>70% b=(?\  
杂散光：<20% >VIb|YA  
?VaWOwWI  
qVjl8%)  
2.设计相位函数 {]ie|>'=C  
lC):$W  
KG=h!]Meq  
H=,0p  
 相位的设计请参考会话编辑器 LX5, _`B  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 OFH!z{*  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 pu3ly&T#a_  
tn>z%6;&Z  
3.计算GRIN扩散器 f}qR'ognUu  
 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。 {kVhht]X  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 9=D09@A%e  
 最大层厚度如下： W(.q.Sx>  
a$-:F$z  
4.计算折射率调制 KVQ|l,E, /  
<O+T4.z  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ksb.]P d.  
N{rC#A3  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 &ZmWR  
z86[_l:  
6'E3Q=}d  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Ni bOtIZ  
nZ7FG  
8y:c3jzP_  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Ut|G.%1Vd%  
*?dw`j_b >  
oVDqX=G  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 0H;,~ WY  
>Z-f</v03  

n^kszIu~  
%
uA\Le  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 uj 6dP  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 &\[3m^L  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 >d1g
VBhk  
k(As^'>  
5.X/Y采样介质 Rd#V,[d  
q4Z9;^S  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 s{q)P1x  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Dj0`#~  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 AiMD"7 )c  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 oz54IO  
~ 8hAmM  
0qND2_  
X}
UR\8g  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 cU`sA_f  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 &}N=a  
 应该选择像素化折射率调制。 ?<7o\Xk#{  
U2~7qC,!Do  
!+Ia#(  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 =[X..<bW9:  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 N^u,C$zP9C  
8`edskWrU  
6.通过GRIN介质传播 e<Pbsj  
+vR$%  
8V]oR3'  
{i}z|'!  
 通过折射率调制层传播的传播模型： }\p>h  
- 薄元近似 y:\ ^[y IQ  
- 分步光束传播方法。 qJ\tc\
  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 >=<qAkk  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 HkH!B.H]  
 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）。 X[F<sxw  
jSY&P/[xb  
7.模拟结果 M@
LI(;  
Z33&FUU  
gc%aaYf>  
8.结论 D'dE!CAUs  
G'*_7HD  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 H[K(Tt4<&  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 GQZLOjsop  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。