[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 9T$u+GX'  
|<1M&\oaQ'  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 @/LiR>,  
 设计包括两个步骤： X>}@EH
T  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 l/M[am  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 y[7C% Wj  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 &;s<dDQK  
V;k#})_-  
T RDxT  
照明光束参数 }Fm\+JOS   
hD*(AJ  
T!(sZf  
波长：632.8nm rEmwKZF'  
激光光束直径（1/e2）：700um pD[pTMG@$  
(V!0'9c  
理想输出场参数 p=vV4C:  
K>$qun?5  
{U^j&E  
直径：1° @C=m?7O98  
分辨率：≤0.03° cN5"i
0xk  
效率：>70% e:BDQU  
杂散光：<20% :s]\k%"  
)O&z5n7t4s  
o<nS_x  
2.设计相位函数 AC'lS >7s  
\W
X@PfL  
!U
Vk9  
1LX)4TCC  
 相位的设计请参考会话编辑器 \+9;!VWhl  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Td&d,;  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 kf'=%]9#_T  
(Igu:=  
3.计算GRIN扩散器 z>p]/Sa  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 \f<z*!,D$  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 cl_TF[n?  
 最大层厚度如下： 5x2L(l-2  
.zIgbv s  
4.计算折射率调制 Hr&Ere8.4p  
` jyKCm.$#  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 !?b/-~o7S  
WGPD8.  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 },s_nJR:8  
#N$9u"8C  
M9DgO4xl  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 h1*FPsc  
;?`@"YG)  
,\x
$q'  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ntZ~m  
x9D/s`!  
_@K YF)  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 {[tZ.1.w  
lC4PKmno  
:X Lp  
%N1"*</q  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 fM2^MUp[=1  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 7D
9]R#-K  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 gH'3 dS!{  
7"a4/e;^  
5.X/Y采样介质 =ajLa/m'  
*uU4^E(  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 [8z&-'J=  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 +q-c8z  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 sG1BNb_  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 c=aO5(i0  
t\%%d)d9  
[T]Bfo  
d"GDZ[6  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 32^#RlSu8  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 aj v}JV&:  
 应该选择像素化折射率调制。 q:8\e  
~bGC/I;W>  
)qd={  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 5*1#jiq  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 7>&1nBh. f  
2LZS|fB9o  
6.通过GRIN介质传播 S(tEwXy  
QTE:K?  
#g{Mne  
aaT5u14%  
 通过折射率调制层传播的传播模型： }^9paU  
- 薄元近似 >f%,`r  
- 分步光束传播方法。 9rS,?
  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 nALnB1  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 1daL y  
 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）。 Km"&mT $  
*m&%vj.Kc  
7.模拟结果 `)2[ST  
])UwC-l  
@ t|3gF$X  
8.结论 K"
^cq~   
A_i zSzC1  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 70=(.[^+  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 fp tIc#4  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。