[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Y!K^-Y}  
8cYuzt]..  
 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。 yb@X*PW
/z  
 设计包括两个步骤： mafAC73  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 TMnT#ypf<5  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 8eg2o$k_,#  
 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。 E9~&f^f  
?M*C*/R  
Xm_Ub>N5  
照明光束参数 DzX6U[=  
_*OaiEL+:  
|THkS@Br  
波长：632.8nm R47I\{  
激光光束直径（1/e2）：700um Jgi{7J  
$g}/T_26  
理想输出场参数 +oxqS&$L  
.HH,l  
IdN%f]=/  
直径：1° &;uGIk>s  
分辨率：≤0.03° xc3Ov9`8%  
效率：>70%
W#oEF/G  
杂散光：<20% )[^:]}%r
 
f4@#pnJ3po  
;n:H6cp  
2.设计相位函数 #=)?s 8T
 
hs -}:^S`  
Z(Ls#hp  
<E(-QJ  
 相位的设计请参考会话编辑器 |zr)hC  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ]ci|$@V  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 9v5.4a}  
.q|xMS}4  
3.计算GRIN扩散器 t&p:vXF2  
 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。 f6/\JVi)-  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 Q xj|lr  
 最大层厚度如下： 6w
.iEb  
<7RkM
 
4.计算折射率调制 EP% M8  
[\w>{  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 :">~(Rd ZH  
ej
??j<]  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 FrE/K_L  
lzQ&)7`  
@N:3`[oB  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 QKL]O*  
<T=o]M$  
nu1w:  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 .,iw2:  
#!F8n`C-  
JqH.QnKcv  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 )Sh;UW  
@?($j)9}  
S+E3;' H  
k%bTs+]*  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 8mQd*GGu1  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 zfT'!k
b,(  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 r:S5x.P2  
R}=]UOqH-  
5.X/Y采样介质 fh5^Gd~  
l<+,(E=  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 'rcsK  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 GQc%
OQc\  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 rO2PbF3  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 &`9bGO
  
LnACce ?b  
=K&q;;h  
j(2tbW
g9-  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 /(}l[jf  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 s13 d*  
 应该选择像素化折射率调制。 ,'@ISCK^  
hc~#l#  
?\ i,JJO  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ;:K?7wfXn  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 )-7(Hv
1  
Ub-k<]yZ  
6.通过GRIN介质传播 ?eZ"UGZg'  
bgx5{!A  
N6 Cc%,  
085 ^!AZ  
 通过折射率调制层传播的传播模型： )Z`viT  
- 薄元近似 Z_TbM^N  
- 分步光束传播方法。 [+5SEr}  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 SZ1pf#w!  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 CX@HG)l  
 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）。 yyYbB]D  
<GU(/S!}  
7.模拟结果 Wn)A/Z ^r  
/-} p7AM  
n$VPh/  
8.结论 MZ#2WP)F  
UHm+5%ZC  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 Y K62#;  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 b+fy&rk@-  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。