[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 #/"?.Z;SSH  
$0[t<4K`yn  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 cmcR@zv  
 设计包括两个步骤： 58]C``u@Y  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 *OM+d$l!  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 >^!)G^B  
 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。 :<QmG3F  
H;DCkVL  
yq6Gyoi<  
照明光束参数 q0sdL86  
lEX
ER^6  
==!k99`f,  
波长：632.8nm _GW,9s^A  
激光光束直径（1/e2）：700um ,#V}qSKUS  
z79c30y]"  
理想输出场参数 v?O6|0#x  
woyn6Z1JQ  
zm~sq_=^  
直径：1° B'}pZOa[Wb  
分辨率：≤0.03° jA'7@/F/  
效率：>70% Bx" eX>A8  
杂散光：<20% fUKi@*^ZUa  
_Dq,\}  
)&px[Dbx  
2.设计相位函数 wdMVy=SS  
jt?DogYx  
q
K-\`m  
!+o`,KTYp  
 相位的设计请参考会话编辑器 [sc4ULS &  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 nhImO@Q:  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 Sv>bU4LHf  
Eb~e=){  
3.计算GRIN扩散器 XF Cwa  
 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。 /6@$^paB  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 >c30kpGg  
 最大层厚度如下： '7yVvd  
v/G)E_  
4.计算折射率调制 D:=Q)Uh0I  
\R|qXB $  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 WB|N)3-1  
XCyAt;neon  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 {^A,){uX]  
<(tnClAn  
f7v|N)  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 J`'wprSBb  
kJNu2S  
$*qQ/hi  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 X$(YCb  
As+^6  
e3=-
7FU  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 <d~IdK'\x  
.`~=1 H\R"  
^X|Bzz)  
Y*-dUJK-`  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 PL*1-t?#  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 8Y P7'Fz  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 =y]FcxF  
=v6qr~  
5.X/Y采样介质 2'-o'z<  
|*y'H*  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 n0vhc;d  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ,jJbQIu#  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 .mvpFdn  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 @WnW @'*F  
4Ixu%  
q 1~3T;Il  
ueLdjASJ  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 'M=V{.8U  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 AkA2/7<[  
 应该选择像素化折射率调制。 R=<uf:ca  
tE]Y=x[Ux  
UUR` m  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 -m_H]<lWZ  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 {33B%5n"  
DpvMY94Qh  
6.通过GRIN介质传播 zc&i 4K  
yv2wQ_({  
aB2t/ua  
7"p%c`*;  
 通过折射率调制层传播的传播模型： d#u*NwY}  
- 薄元近似 g&fq)d  
- 分步光束传播方法。 IaYaIEL-  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 w3K>IDWI7  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 Dz<vIMLF{  
 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）。 Fh~ pB>t  
C~c|};&%  
7.模拟结果 Qt"i  
`8b4P>';O'  
p{w:^l(  
8.结论 nrJW.F]S8[  
9e0t  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 !d{Ijs'T  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ^wMZG'/  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。