[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 V{HZ/p_Y  
C@buewk  
 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。 1UJ(._0hR  
 设计包括两个步骤： Bo`fy/x#  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 E,xCfS)  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Q~,E 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。 Al3Hu-Hf;`  
Nk3]<#$  
-v&Q'a  
照明光束参数 RT9fp(6*  
X-3L4@T:?  
T)3#U8sT  
波长：632.8nm ,ZD!Qb  
激光光束直径（1/e2）：700um 9$~D4T  
0+/L?J3  
理想输出场参数 #Jy+:|jJ  
D?}LKs[  
<!y_L5S|  
直径：1° VDPqI+z  
分辨率：≤0.03° (+Gd)iO  
效率：>70% `vDg~o  
杂散光：<20% zO2<Igb  
oFoG+H"&7\  
x4*8q/G=D  
2.设计相位函数 r4J4|&ym  
A!Ng@r  
>7vSN<w~m  
-3wg9uZ&  
 相位的设计请参考会话编辑器 WN>.+qM~8  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 g|"z'_  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 cC"7Vt9b  
U(3LeS;mr  
3.计算GRIN扩散器 ^P"
t "  
 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。 Lg9]kpOpa  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 bkmX@+Pe  
 最大层厚度如下： q1r\60M  
`gfK#0x#  
4.计算折射率调制 4yQ4lU,r  
j[iJo 5  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 7; TS  
,{J2i#g<  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 0 v/+%%4}  
vIN6W  
6@H&S  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 J-Sf9^G  
m1\>v?=K  
-|
J?-  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 \M:,Vg  

u+(e,t  
`dEWP;#cp  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 /Klwh1E  
8 Sl[&  
bTO$
B2eh|  
~+
l%}4RZ  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 xS,):R  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。  ynZ
!  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 q?}G?n4  
!RiPr(m@y  
5.X/Y采样介质 (ter+rTv  
rp=?4^(u  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 <@F4{*  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ? 1Z\=s  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 m6lNZb]  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 d[TcA2nF
 
KC}B\~ +  
cTRCQ+W6:  
H#w?$?nIWu  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Kz$Ijj  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 [jAhw>  
 应该选择像素化折射率调制。 Q=uwmg86  
;pAkdX&b  
B-@f.NO/s  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 `e`4
[I  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 jVfC4M7 ,  
.~b6wi&n  
6.通过GRIN介质传播 C$,S#n@  
2GZUMXK  
Aqp3amW!  
u6(7#n02  
 通过折射率调制层传播的传播模型： K
VQZ  
- 薄元近似 BOh&Db*  
- 分步光束传播方法。 la
FkOQI  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 zQ)[re)  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 <a$cB+t  
 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）。 jg%D G2  
Ln`c DZSM  
7.模拟结果 z,2m7C  
k{@z87+&  
SxOM@A  
8.结论 vP,WV9Q1u  
[oKB1GkA  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 W@UHqHr:\  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 &TK%igL  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。