[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 K|i:tHF]@  
8Zj=:;  
 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。 $Hw w  
 设计包括两个步骤： [/h3HyZ.  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 QO1pwrX<  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 wM$N#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。 1M1
|Wp  
I5nxY)v  
_&(\>{pm  
照明光束参数 :;Lt~:0b~  
KCBA`N8  
6MCLm.L  
波长：632.8nm &a;{ed1B  
激光光束直径（1/e2）：700um :G.u{cw  
NCrNlHIF  
理想输出场参数 )b%t4~7  
WqX$;'}h  
?*oBevUnCY  
直径：1° OD@k9I[  
分辨率：≤0.03° U yb-feG  
效率：>70% U0ZT9/4  
杂散光：<20% ro&/  
/9SEW!E  
fL^$G;_?3  
2.设计相位函数 iXoEdt)  
7 KuUV!\h`  
^}w@&Bje  
d}RU-uiW  
 相位的设计请参考会话编辑器 .OyzM  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 'hoEdJ]t5  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 {[|je]3v  
;[qA?<GJ  
3.计算GRIN扩散器 W u C2LM  
 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。 VyMFALSe]h  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 >(?}'pS8  
 最大层厚度如下： #&k`-@b5|  
\m xi8Z w  
4.计算折射率调制 w"Q/ 6#!K  
w@![rH6~F  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 &@v&5EXOw  
T'ko
=k  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 mm dQ\\  
]$7yB3S,B  
>Ut4INV  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 +#RgHo?f  
e,?qwZK:y  
htuYctu`  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 |F}6Zv  
'bQjJRq!  
"Wb>y*S   
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 B>;`$-  
wbpz,  
Z[ 53cVT^  
DqJzsk'd3  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 6"oG bte  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 On~
w`  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 F
(;=^w  
Hk 0RT%PK  
5.X/Y采样介质 17E,Qnf  
3/{,}F$  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 R:5uZAx  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 f-BPT2U+  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 Q{o]^tN  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 HhZ>/5'(  
FyhLMW3  
4[lym,8C  
ysH'X95  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。  ~LF/wx>  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 [*K.9}+G_  
 应该选择像素化折射率调制。 6n?0MMtR  
9 gc0Ri[4m  
3P*[!KI  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 c }7gHud  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 wBlo2WY  
rqWD#FB=z  
6.通过GRIN介质传播 gSk0#Jt  
Kgw,]E&7  
mhgvN-? "h  
AsfmH-4)  
 通过折射率调制层传播的传播模型： _[pbfua  
- 薄元近似 o_sb+Vn|  
- 分步光束传播方法。 5hl!zA?
 
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 v
;nnr0;  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 SUb:0GUa  
 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）。 E#~J"9k98  
Ez+8B|0P  
7.模拟结果 T0X+\&W  
qQwf#&  
O?f?{Jsx  
8.结论 Gm[XnUR7V  
BC)1FxsGf  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ':7gYP*v  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ]64pb;w"$D  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。