[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 cR<fJ[*  
~=l;=7 T  
 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。 Eo]xNn/g  
 设计包括两个步骤： 4>e&f&y~  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 VuZuS6~#J  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 `+:`_4  
 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。 lq;Pch  
DsCcK3 k  
k,+0u/I  
照明光束参数 KB(8f*  
y}ev ,j  
g*C7 '  
波长：632.8nm $B5aje}i  
激光光束直径（1/e2）：700um i$6ypuc  
cIOlhX@  
理想输出场参数 |t#)~Oo  
(gWm,fI RZ  
VTY 5]|;  
直径：1° R8Fv{7]c  
分辨率：≤0.03° ;"-&1qHN  
效率：>70% d|Lj~x|  
杂散光：<20% $5%SNzzl  
z_4J)?3  
.Rs^YZF  
2.设计相位函数 ?J>  
LBDjIpR6  
N2<!}Eyu  
MeZf*' J  
 相位的设计请参考会话编辑器 VQOezQs\  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 '3^'B03  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 Ry6@VQ"NLb  
T'Dv.h  
3.计算GRIN扩散器 U0P~  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 B>P{A7Q  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 pG;U2wE  
 最大层厚度如下： \d`h/tHk  
U26}gT)  
4.计算折射率调制 %YqEzlzF  
v_GUNRs  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 <*cikXS  
dhK~O.~m  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 5M*:}*  
hf&9uHN%7m  
ml }{|Yz  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 }`m/bgtFX  
1\I}2
;  
AFE~ v\Gz  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 hZt!/?dc  
6?c7$Y  
8&b,qQ~  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 8[{ Vu0R  
&\*(Q*2N  
OYn}5RN  
Se =`N  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 c(s.5p ^  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 }b.%Im<3R  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 XUuN )i  
X$W~mQma6  
5.X/Y采样介质 ^.QzQ1=D  
WdbedU~`Q  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 {&1/V  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ~oY^;/ j  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 "@2-Zdrr1<  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 *u;Iw{.{  
.U]-j\  
^s"R$?;h  
ji0@P'^;  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 v mk2{f,g  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ye5&)d"fa(  
 应该选择像素化折射率调制。
.eVG:tl\  
>tW#/\x{  
&gx%b*;`L0  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 f(MO_Sj]  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 k~w*W X'  
P@c5pc#|  
6.通过GRIN介质传播 A6(/;+n  
+TDw+  
RPRBmb940  
P+/e2Y  
 通过折射率调制层传播的传播模型： C1QA)E['V  
- 薄元近似 z-)O9PV  
- 分步光束传播方法。 |@4' <4t  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 XZd,&YiaG  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 *gWwALGo5  
 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）。 1p=]hC  
F7#J
LE=  
7.模拟结果 #QMz<P/Gl6  
_.8S&  
R8'RA%O9J  
8.结论
g3y+&Y_  
I b5rqU\  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 j&qub_j"xX  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 /9fR'EO{x  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。