[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Q^5 t]HKn  
&(U=O?r7  
 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。 NZ? =pfK\s  
 设计包括两个步骤： K>p:?w  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 rO>wX_  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 2OOj8JS  
 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。 {}gk4xr  
z&G3&?Z  
Rn^N+3o'M  
照明光束参数  k`zK  
j:<T<8.o  
sN/Xofh  
波长：632.8nm  [ ^ \)  
激光光束直径（1/e2）：700um us *l+Jw,m  
j W]c9u  
理想输出场参数 H_$f v_  
.3SjkC4I  
Z"&ODVP  
直径：1° R}mWHB_h"  
分辨率：≤0.03° 8k}CR)3@C  
效率：>70% 5N}|VGN  
杂散光：<20% 24k}~"We  
Olrw>YbW  
ep1Ajz.l  
2.设计相位函数  ^*>no=A  
E*]L]vR  
Tfs9<k>G#  
VH*(>^OfF  
 相位的设计请参考会话编辑器 &%51jM<  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 3]82gZGG  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 \}
(-9dr  
F#9KMu<<cI  
3.计算GRIN扩散器 _E-GHj>k z  
 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。 *J-jr8&  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 PU\q.y0R  
 最大层厚度如下： TV2:5@33  
667t
L(
 
4.计算折射率调制 _$x *CP0(  
Z.19v>-c  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 35\0g&  
Qx#)c%v\\  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 V3nv5/6  
_dY}86{  
zXO.NSC[  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ^E8Hv  
RozsRt;i  
!S<~(Ujyw  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 !SNtJi$;v  
XBBRB<l)  
p#I1l2nE  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 hYx^D>}]  
=swcmab;  
;<Q_4 V
 
Z ISd0hV  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 =sJHnWL[  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 BF#e=p  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 DA\O,^49h  
AY]nc#zz  
5.X/Y采样介质 -4a&R=%p  
L~zet-3UNf  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 vDL/PXNC  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 247>+:7z  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 b s*Z{R  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 my0->W%L  
:@L5=2Z+  
HyMb-Us  
Melc-[  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 l{yPO@ut`F  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 MS)bhZ
vO  
 应该选择像素化折射率调制。 pu#<qD*w  
Xs
CbA8Qv  
EtG)2)  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 -"H9W:  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 kDQXPp
 
cke[SUH,  
6.通过GRIN介质传播 ivk|-C'\  
S]a$w5ZP  
7]Yd-vA  
'%4,!  
 通过折射率调制层传播的传播模型： >?V->7QLP  
- 薄元近似 }8e%s;C  
- 分步光束传播方法。 ]QQ"7_+
  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 BcWReyO<M  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 u,q#-d0g;  
 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）。 T@Xi
G:b7  
V _,*  
7.模拟结果 cR} =3|t  
R&A.F+Zgt  
j|9 2 g  
8.结论 Dr<Bd;)  
4RNzh``u  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 (@9-"W  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 U# gmk0>t{  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。