[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 mN`YuR~  
S&O3HC  
 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。 6q<YJ.,  
 设计包括两个步骤： 4!62/df  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 }F6<w{|  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 hjZ}C+=O  
 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。 ]e:/"  
PW(\4Q\  
;^ wd_  
照明光束参数 JG`Q;K  
lA!"z~03*  
RT/o$$  
波长：632.8nm l@j.hTO<  
激光光束直径（1/e2）：700um I:&/`K4,x,  
4nfu6Dq  
理想输出场参数 r'LVa6e"N  
#TK~eHi  
\mM<\-'p  
直径：1° L(S'6z~_9  
分辨率：≤0.03° #qU-j/Qf  
效率：>70% !2\ r LN  
杂散光：<20% z@|dzvjl Q  
SEwk
u}  
})xp%<`  
2.设计相位函数 'XQ`g CF=  
t9 \x%=  
b2(RpY
2Y  
xp'_%n~K@  
 相位的设计请参考会话编辑器 oeSN9O  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ;DA8B'^>  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 +i ?S  
UrlM%Jnq1  
3.计算GRIN扩散器 W/z7"#  
 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。 7`vEe'qz  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 6h?gs"[j  
 最大层厚度如下： Ft=zzoVKg  
+:=(#Y  
4.计算折射率调制 m`#Od^vk  
yw[#  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 7 J^rv9i4  
_iKq~\v2  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 6%`&+Lq  
# ?1Sm/5k`  
Ng><n}  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 @Q&3L~K"  
=@Dwlze  
,jA)wJ  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Mwb/jTp  
0`.
^MC?  
bawJ$_O_  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 WH ?}~u9  
g 6]epp[8  
lN,/3\B  
O1%pxX'`S  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 nMDxH$O  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 1XG!$4DW  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ?1L
.:CS  
GWsE;  
5.X/Y采样介质 bn 6WjJ~Z+  
Yw5'6NU  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 T@}|zDC#  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 UT~a&u  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 Qjx?ri//  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 IcP)FB4  
G6V
F>2  
(%iRaw7hp  
AE: Z+rM*  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 G;> _<22  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 u4z&!MT}  
 应该选择像素化折射率调制。 a`Gx=8  
5tQ1fJze  
!8 &=y  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 [{4MR%--  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 `[o)<<}  
)
9,  
6.通过GRIN介质传播 %B.D^]S1:  
&DqE{bBd!  
vVGDDDz/  
HM>lg`S  
 通过折射率调制层传播的传播模型： "5cM54Z0  
- 薄元近似 '`'GK&)  
- 分步光束传播方法。 (E,T#uc{  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 \~P=U;l=pO  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 yH][(o=2  
 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）。 w
\)|  
A!1
;}x  
7.模拟结果 zMIT}$L  
nRd)++  
jYNrD"n  
8.结论 No2b"G@  
B^).BQ  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 rD>*j~_+P  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 G0E121`h  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。