[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 F ,{nG[PL  
|l ~BdP  
 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。 ?XGZp?6  
 设计包括两个步骤： ^%d+nKx9nL  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 Vb 4Qt#o  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 `>8|  
 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。 ?k_=?m  
-lMC{~h\(S  
5H 1(C#|  
照明光束参数 ORx,n7
-  
} 2)s%  
eOn,`B1  
波长：632.8nm (p
14{  
激光光束直径（1/e2）：700um %e%nsj6  
o D* '  
理想输出场参数 6XQ)Q)  
Y=3Y~  
\hM6 ykY-  
直径：1° jd2Fh):q  
分辨率：≤0.03° V6$v@Zq  
效率：>70% [1nI%/</>  
杂散光：<20% u>S&?X'a  
lGLZIp  
iMp)g%Ng  
2.设计相位函数 \Y!Z3CK  
t41c
l  
x2ol  
5Ij_$a  
 相位的设计请参考会话编辑器 Op%^dwVG(v  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 2|%30i,vV  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 )cqhbR  
>;
W)tc,  
3.计算GRIN扩散器 :za!!^  
 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。 6!"15dPN  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 x(b&r g.-0  
 最大层厚度如下： %okEN!=  
e#'`
I^8l  
4.计算折射率调制 cE*|8'rSf  
|ntJ+  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 @6D<D6`  
ufR |  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 _u:#2K$  
]owH [wvX  
sG VC+!E  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 e8lF$[i  
zIo))L  
D!mhR?t  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ;OKQP~^iH2  
I'@ }Yjm|  
)@Zel.XD  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 )nJ>kbO~8  
hsE!3[[  
-%N (X8  
~b7Nzzfo  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 gR(c;  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 O.$<Bf9  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 df:,5@CJ8  
3?geJlD4  
5.X/Y采样介质 gvU6p[D  
$o
@?D^  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 9/%|#b-z  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 X! ]~]%K$y  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 bR6bS7$  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 9]YmP8  
m:41zoV  
Q.|2/6hD7[  
QAJ>93  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 O:x=yj%^  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 r"Bf@va  
 应该选择像素化折射率调制。 @!MbPS  
RTU:J67E  
g/@CESfm'  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 soohyK8  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 -(iJ<  
]S[r$<r$  
6.通过GRIN介质传播 H{XW?O^@  
}F.1j!71L  
UEeqk"t^  
vLke,MKW  
 通过折射率调制层传播的传播模型： a@a1/3  
- 薄元近似 "L)pH@)  
- 分步光束传播方法。 ?~K2&eo  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 1)R)+`y  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 D[r  
 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）。 MQ+ek4  
t}tKm  
7.模拟结果 v\ox:C  
Vg+SXq6G  
m\>x_:sE  
8.结论 g3Q #B7A  
9mnON~j5  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 oN$ZZk R  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 }cT}G;L'-  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。