[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 
x?|  
JRj%d&^}  
 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。 i bwnK?ZA  
 设计包括两个步骤： j/xL+Y(=  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 !]k$a  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 )v67wn*1A  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 AyMMr_q  
5:H9B  
r:Xui-  
照明光束参数 xdH*[  
+}@HtjM  
If_S_A c  
波长：632.8nm cEd!t6Z  
激光光束直径（1/e2）：700um 8y{<M"v+/  
Gm.n@U p  
理想输出场参数 8?r ,ylUj  
'L2M W  
X|7Y|0o  
直径：1° \}e1\MiZ  
分辨率：≤0.03° Oj*3'?<7=  
效率：>70% rE bC_<  
杂散光：<20% 0VB~4NNR  
^.J F?2T/  
"
3v[\M3  
2.设计相位函数 j[h4F"`-  
(SLAq$gvd  
)[>b7K$f  
ccJ@jpXI  
 相位的设计请参考会话编辑器 x.+}-(`W#~  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 <Dw`Ur^X5  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 [2!K 6  
#<bt}Tht  
3.计算GRIN扩散器 zZ
|Si  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 qlSc
[nEk  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 |Y!#`  
 最大层厚度如下： !0~$u3[b  
XX,iT~+-  
4.计算折射率调制 cRX0i;zag  
z1ltc{~Z  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 pCNihZ~  
)dJaF#6j  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 Qcz7IA  
hp}J_/+4n  
'@u/] ra:  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 tqE LF  
V$+xJ  m  
})|+tZ  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 |Q^ZI  
+'?p $@d  
 XGEAcN  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 Nf>1`eP  
E{d Mdz  
RR><so%  
m El*{]  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 l/_3H\iM  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 uRQm.8b  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 %lchz/  
d^IOB|6Q  
5.X/Y采样介质 o*\kg+8  
pK#Ze/!  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 S?%V o* Y  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ?MuM _6  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 f8)D|  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ]?xF'3#  
LKG],1n-  
#JGy2Hk$^  
l0g#&V--  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Wy,DA^\ef  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ]6</{b  
 应该选择像素化折射率调制。 @<\f[Znto  
%FQMB  
>/EmC3?b!  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 /g712\?M4  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 LGPy>,!  
m~#S76!w  
6.通过GRIN介质传播 'Ol}nmJ'n  
l2=.;7IV  
iqghcY)  
e%j+,)Ry  
 通过折射率调制层传播的传播模型： O1coay  
- 薄元近似 :N%cIxrqP  
- 分步光束传播方法。 LS4c|Dv  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 bc5+}&W  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ,v$gQU2  
 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）。 \*!?\Ko`W  
yEtSyb~GK  
7.模拟结果 JTpKF_Za<  
e6k}-<W*q  
X^?<, Y)1.  
8.结论 xzy7I6X  
];^A8?  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 0kpRvdEr-  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Rs{L  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。