[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 sva-Sd8  
x>,wmk5)  
 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。 P: L6Zo-J  
 设计包括两个步骤： X}5"ZLa7l  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 U#- 5",X|  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 F>^KXq:Z  
 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。 r_FI5f  
'4D7:  
BHS@whj  
照明光束参数 qrjSG%i~J7  
#T8jHnI  
lxbC 7?O
 
波长：632.8nm M= |is*t  
激光光束直径（1/e2）：700um $FDGHFM  
M,yxPHlN  
理想输出场参数 I[gPW7&S@  
XD?]+  
3
]@wa!`  
直径：1° GMkni'pV  
分辨率：≤0.03° {.0I!oWv  
效率：>70% +fKV/tSWi  
杂散光：<20% f}KV4'n  
Tr4\ `a-i  
\Tn
K<83  
2.设计相位函数 @[`]w
`9Q7  
^|vP").aQm  
2P${5WT  
YHke^Ind
 
 相位的设计请参考会话编辑器 |}:q@]dC#  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 X+HPdrT  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 F&^&"(H}  
qF-Fc q  
3.计算GRIN扩散器 ?' mP`9I  
 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。 a+CJJ3T-  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ;PqC*iz  
 最大层厚度如下： %&lwp  
(&V)D?/hS  
4.计算折射率调制 TEGg)\+D>  
=h?%<2t9<  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 /UY'E<wBx  
sFvYCRw /  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 l}T@Cgt  
4PR&67|AH_  
k8SY=HP  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 #,FXc~V  
M1k_ldP  
C43I(.2g  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 7Up-a^k^`  
\f VX<L  
!Htl e %  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 9x(t"VPuS  
KV'3\`v@LY  
&uV|Ie8@q  
o4j!:CI  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 \l# H#~  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ;NAKU  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 sYSq>M  
pe).  
5.X/Y采样介质 t-iQaobF  
/Tw $}8  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 vfVF^ WOd  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Wcl =YB%  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 <h<_''+  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 [iyhrc:@  
=%u=ma;  
LW/> %  
B4c;/W-  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 yM(
ezb  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 jH;L7
 
 应该选择像素化折射率调制。 Q&PEO%/D  
OU^I/TU  
4 'vjU6gW  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 
&t'P>6)  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ;7JyL|2  
Q'j00/K  
6.通过GRIN介质传播 ~X'hRNFx~  
3.=o}!  
>Il{{{\>  
s(=@J?7As  
 通过折射率调制层传播的传播模型： dWo$5Bls<A  
- 薄元近似 - s{&_]A~  
- 分步光束传播方法。 *Ct ^jU7  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 EU Oa8Z  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 MQy,[y7I  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 b=L|GV@$  
/"R{1  
7.模拟结果 =~dXP  
fq)
:'E)  
4s <ZKU  
8.结论 3XUsw1,[  
N~(?g7  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 /$FpceB!W  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 7L]Y.7>  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。