[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 (TX\vI&  
o+wG69  
 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。 x)]_]_vX  
 设计包括两个步骤： tx+KxOt9Y  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ?Z1&ju,Hd-  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 KTmduf7DL  
 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。 x5X;^.1Fr  
3PBGIo  
sy\w ^]  
照明光束参数
03%`ouf  
rnkq.  
UI?AM 34  
波长：632.8nm <[oPh(!V  
激光光束直径（1/e2）：700um u
%s@B1j  
'Nqa=_<WW  
理想输出场参数 !{WIN%O  
QE#Ar8tU  
I7S#vIMXR.  
直径：1° 34Fc oud);  
分辨率：≤0.03° *EB`~s  
效率：>70% yF _@^V  
杂散光：<20% `R\nw)xq  
HCCEIgCT  
&az :YTq  
2.设计相位函数 5PRS|R7  
*l-f">?|  
e7$ZA#A_5v  
^&Exa6=*FT  
 相位的设计请参考会话编辑器 4t]YHLBS  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 2omKP,9,2  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 2!Gb
4V  
2~wIHtd  
3.计算GRIN扩散器 'g@Yra&09  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 lQq&tz,  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 
nZtP!^#  
 最大层厚度如下： fqY;>Z  
J^Mq4&  
4.计算折射率调制 !D \u2h  
8M~^/
Zc  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 %x]8^vze  
7gx 7NDt  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 'f "KV|  
L3@upb  
.^F(&c*['  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 4[.DQ#r  
Jfe<$-$$7  
B(zcoWQ*B  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 nG~#o  
'LyEdlC]  
70MSP;^  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 }j_2K1NS{  
p!_3j^"{  

j}.,|7X  
zT< P_l  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 WxrGoo^  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 tW8&:L,m  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 en?J#fz  
aQTISX;  
5.X/Y采样介质 !,0%ZG}]7  
b<]
Ae!I'  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 zQ=c6xvm8  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 /E32^o|,>  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 "B34+fOur  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 N+3]C9 2o  
?r}'0dW  
ER'zjI>t@  
F3Y/Miw  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 s{:l yp  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 F^/b!)
4X  
 应该选择像素化折射率调制。 ~w,c6Z  
NU <K+k  
ToXgl4:kd  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 N,
?4,+Hc-  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 5X1z^(   
-
H+<81"B#  
6.通过GRIN介质传播 6 *GR_sMm  
NE1n9  
0LW|5BVbIO  
G oHdhne3  
 通过折射率调制层传播的传播模型： 5nA *'($j  
- 薄元近似 v&]k8Hc-  
- 分步光束传播方法。 Gp.XTz#=  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 0g{`Qd  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 Mcfqo0T-  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 =uil3:,[S  
4b/>ZHFOF;  
7.模拟结果 -
 fx?@  
^OZ*Le  
,|lDR@  
8.结论 tSf$`4  
z,+LPr  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 /qwl;_Jcf  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 rQLl[a  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。