[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 l`k""f69W  
_Z{EO|L  
 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。 n1J;)VyR  
 设计包括两个步骤： L2<IG)oXU  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ]**h`9MF  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 )Lb?ZXT3  
 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。 y13Y,cz~B  
![H{ndH!Q  
>^N{  
照明光束参数 )
p!.V(,  
H&_drxUq;L  
CEHtr90P  
波长：632.8nm #Bo3:B8  
激光光束直径（1/e2）：700um VAnP3:  
f@7HVv&  
理想输出场参数 o>i@2_r\&H  
6haw\ *  
Y6:b  
直径：1° Xdl7'~k  
分辨率：≤0.03° YHQvx_0yP  
效率：>70% ;]\>jC  
杂散光：<20% rJK
a
c"{  
"OWW -m  
sEzl4I  
2.设计相位函数 Da-U@e!  
(\M#Ay t)  
g)L<xN8  
T]UrKj/iF  
 相位的设计请参考会话编辑器 _MLbJ  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 57(5+Zme  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 me  ,lE-  
Zgw4[GpL  
3.计算GRIN扩散器 |A,<m#C  
 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。 dC(5I{I|  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 5hj _YqQ7  
 最大层厚度如下： Ou7nk:I@  
>QSlH]M  
4.计算折射率调制 0T
2^$^g  
ifI0s)Pn  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 \]|(w*C  
d.xT8l}sS  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 LMHiiOs,  
z2~\ b3G  

\N[2-;[3  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 6lob&+  
>qS2ha  
>UnLq:
G  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Xf{ht%b  
J;*2[o.N  
!S#K6:  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 g#l
MT%  
8DkZ@}  
}fZ~HqS2w  
Aaug0X  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 M3!4,_!~  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ~FnuO!C  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ?h)T\z  
ib%'{?Q.  
5.X/Y采样介质 9c{T|+]  
3FG'A[x3O  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 6%Pvh- ~_  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 e/b | sl  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 ZxAk  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ]jSRO30H3<  
#ON
^6f2  
L~("C  
&mkL4jXG  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 *FFD G_YG?  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 5}TTf2&Xo#  
 应该选择像素化折射率调制。 "#P#;]\`  
*X uIA-9  
[&pMU)   
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 L, 2;-b|  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ^B$cfs@*  
&2r[4
 
6.通过GRIN介质传播 A"/|h].  
Nz>xilU'  
4mvnFY}  
gjzU%{T?  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Y-+JDrK  
- 薄元近似 L),r\#Y(v  
- 分步光束传播方法。 {wD:!\5  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 S5\KI+;PW  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 V;"Rp-`^  
 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）。 {g4`>^;  
{Ga=
;0  
7.模拟结果 ^qLesP#   
vi]cl=S  
5!BW!-q  
8.结论 [IgqK5@  
hjz`0AS  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 <B!DwMk;.  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 piFZu/~Gq\  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。