[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 IZ /Md@C  
Y$8 >fv  
 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。 3| 5Af  
 设计包括两个步骤： Jt6~L5[_s  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 (r_xs  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 MrIo.  
 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。 e6{}hiM  
7<&
CN0&  
Q8.SD p  
照明光束参数 CA[-\>J7y  
:5?g<@  
A@^e4\  
波长：632.8nm BR5r
K  
激光光束直径（1/e2）：700um 9kj71Jp&}  
=>".  
理想输出场参数 y~_wr}.CS
 
Y2i:ZP  
aML?$_6  
直径：1° > t*+FcD  
分辨率：≤0.03° X)iQ){21V  
效率：>70% 3P C'P2  
杂散光：<20% FVkb9(WW  
ffo{4er  
E.kGBA;a?  
2.设计相位函数 TqK`X#Zq  
O)|{B>2r  
+5(
#~  
xcfEL_'o  
 相位的设计请参考会话编辑器 kmjSSh/t  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 [>xwwm  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ?.#?h>MS{s  
]dB6--  
3.计算GRIN扩散器 U1<EAGo|  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 o ohgZ&k2]  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 >YuBi:z  
 最大层厚度如下： `(A>7;]:  
`Y`Ujr\6  
4.计算折射率调制 9:N@+;|T  
h32QEz-+  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 (i4=}Kn2  
g+h)s!$sB  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 3# G;uWN-  
ML?%s`   
Wi_5.=  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 qh;ahX~  
{Lu-!}\NP  
HIP6L,$  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 -MZLkSU  
GEU
:xn  
]fz0E:x  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 Fi.gf?d  
v[VUX69  
Z+h^ ie"g  
We3Z#}X  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 |FS,Av  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 <H3njv  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 T4n.C~  
qB-9
&X  
5.X/Y采样介质 vKYdYa\  
'6Dt@^-PZ  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ZGrjb22M  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 %O-RhB4q  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 
sU"D%G  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 6@kKr  
],vUW#6$N  
9{bG @g  
K2PV^Y  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 yNVuSj  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 @cNBY7=  
 应该选择像素化折射率调制。 :Z|lGH =  
7Yp;B:5@  
't".~H_V  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 9 ![oJ3  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 w5,p9f}.  
.),%S}  
6.通过GRIN介质传播 \,jrug<C$^  
#|'&%n|Z  
')_Gm{A#p  
6kH47Yc?  
 通过折射率调制层传播的传播模型： .ruGS.nS4  
- 薄元近似 vaQZ1a,  
- 分步光束传播方法。 :<Z*WoEmt  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 udxLHs  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 9!sx  
 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）。 |0nbO2}  
gbNPD*7g9  
7.模拟结果 - Z?rx5V;t  
NQS@i'W=g  
`c@KlL*!Q  
8.结论 ]Hk8XT@Q+  
Qd"{2>  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 "5Oi[w&F5  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 !Irmc*;QE  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。