[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 D-~Jj&7  
wYxi
zNv,  
 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。 *.+>ur?t  
 设计包括两个步骤： y-@!, @e
 
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 q-o>yjT~  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 z84W{! P  
 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。 "TV.$s$.  
EiN.VU `  
$%E9^F  
照明光束参数 bOFLI#p&  
E*I

]v  
FEZ6X  
波长：632.8nm 87Uv+((H  
激光光束直径（1/e2）：700um .;F+ QP0  
\I'Zc]  
理想输出场参数 X@Bpjg  
7E5Dz7  
~pA;j7*  
直径：1° (g)@wNBW  
分辨率：≤0.03° ]EcZ|c7o9y  
效率：>70% LAKZAi%O0  
杂散光：<20% 6m" 75  
'-S&i{H  
M"vcF5q  
2.设计相位函数 =c.q]/M  
]dK]a:S  
aK&+p#4t  
B0 I
?  
 相位的设计请参考会话编辑器 ]~.J@ 1?  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ZYt
__N  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 iy#OmI>j  
vg.%.~!9  
3.计算GRIN扩散器 M$W#Q\<*#r  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 .fsk DW  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 bZ9NnSuH  
 最大层厚度如下： j>Z]J'P  
LA?\~rh!  
4.计算折射率调制 \l:g{GnoT  
LJ/qF0L!H  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ^'fKey`  
u#M)i30j  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 sB
b.Y k  
<ut DZ#k  
DqMK[N,0  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 u,akEvH~a  
Qkib;\2  
_o?(t\B9{  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ]Z-oUO Z<k  
G; [AQ:Iy  
rc$!$~|I3Z  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 &a=e=nR5  
&7T H V  
1D[P\r-  
ij i.3-  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 <s>/< kW:  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 -k <9v.:  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 E)JyKm.  
!"J#,e|  
5.X/Y采样介质 dn\F!  
8>{W:?I  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 n6-Ic',;  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ' f$L  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 "x;k'{S  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 +w.Kv ;  
3> #mO}\  
K)`:v|d  
!1'-'Q@f  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。
qys
a!B  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 R-Q1YHUQM  
 应该选择像素化折射率调制。 5g1M_8e'+  
HS:}!
[P  
&@HNz6KO  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 B^_Chj*m  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 F>
QT|
 
N+M&d3H`  
6.通过GRIN介质传播 ]rg+nc3  
[b.'3a++  
Dw`m>'J0  
q Iy^N:C2'  
 通过折射率调制层传播的传播模型： d%lHa??/h  
- 薄元近似 sk ?'^6Xh  
- 分步光束传播方法。 Yv
>BOK  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ^Y7/Ow  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ZJ9Jf2 c  
 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）。 `8(h,aj;  
E ;!<Z4  
7.模拟结果 XU_,Z/Yw_  
lW$&fuDHF  
e[QxFg0E  
8.结论 tw/#ENo  
5eOj,[?  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 qggk:cN1  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 c',:@2R  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。