[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 L]3 V)`}  
F$7>q'#  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 x4Mq{MrWp  
 设计包括两个步骤： LWuciHfd+  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 z;JyHC)  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 5fMVjd  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 @k>}h\w  
A'HFpsa  
h5e(Avk  
照明光束参数 GSIRZJl  
9q5jqFQ  
P3UU~w+s  
波长：632.8nm kHygif !I4  
激光光束直径（1/e2）：700um )-%3;e<w  
(-viP  
理想输出场参数 Kur3Gf X  
/]zn8d  
?55t0  
直径：1° @&p:J0hbp  
分辨率：≤0.03° byoP1F%  
效率：>70% @&#k['c  
杂散光：<20% M?l/_!QB  
5gYv CW&~  
tBC`(7E}  
2.设计相位函数 ,RjE?M%  
Yl4XgjG  
IcRA
[ g  
2wLnRP`*  
 相位的设计请参考会话编辑器 ix2V?\  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 #@FMH*?xX6  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 _ p%=RIR  
DSjEoWj   
3.计算GRIN扩散器 yuIy?K  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 {o1vv+i  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 dt&m YSZ}  
 最大层厚度如下： Yuo:hF\DH  
)#S;H$@$  
4.计算折射率调制 >-U'mkIH  
LtIp,2GP&_  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 czNi)4x  
K#Ia19au5  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 .n$c+{  
6S K;1Bp-{  
|i_+b@Lul  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 {txW>rZX  
y7pwYRY  
uCkXzb9_z  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ?APzb4f^W  
c8z6-6`i0  
^UU@7cSi|G  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 k
U:ge  
tb$I8T  
NM FgCL  
dfy]w4ETB  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 <pA%|]  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 'q>2WP|UY9  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 X1DE   
X~UrAG}_  
5.X/Y采样介质 XLHi  
L%S(z)xX3  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 aSse' C<a  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 3Z0ez?p+5  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 v9k\[E?  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 mD5Vsy{Pb  
<JUumrEo  
r+=%Ag  
)6U6~!k  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 /1@py
~ZX  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 GVT| fE  
 应该选择像素化折射率调制。 pyUzHF0  
xA
wP  
#W$6[#7=I  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 G*s5GG@Z.  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 y^0 mf|  
Xsk/U++  
6.通过GRIN介质传播 @`mr|-Rp@  
N)X3pWC8  
vzX%x ul  
]ZR}Pm/CA  
 通过折射率调制层传播的传播模型： B_DyH C\<  
- 薄元近似 :|\[a0ZL  
- 分步光束传播方法。 `}:pUf  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 D`'h8:\  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 OYyF*F&S[  
 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）。 [L>mrHqG  
73j\!x  
7.模拟结果 KzZfpdI92  
%y)]Q|  
8B?*?,n5  
8.结论 '}
l7=r   
7Y?59 [  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 y_``-F&Z  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 %)ri:Qq  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。