[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 0q ^dpM  
L(!mm  
 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。 y*Wl(w3  
 设计包括两个步骤： 8y, ]>n  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 NP*M#3$[
 
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 |J#mgA}(  
 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。 t'0dyQ%u  
tkGJ!aUt  
_GK3]F0  
照明光束参数 Qv@Z#  
+k4SN  
A_WtmG_9  
波长：632.8nm *"D8E^9  
激光光束直径（1/e2）：700um ?=h{`Ci^ $  
o-jF?9m  
理想输出场参数 W}U-u{Z  
^.9I[Umua  
Dj9).lgc  
直径：1° vc_ 5!K%[  
分辨率：≤0.03° cSSrMYX2  
效率：>70% Ih.6"ISK}  
杂散光：<20% ;9R;D,Gk!  
g.d%z  
\VX~'pkrd/  
2.设计相位函数 $}/ !mXI5  
R)w|bpW  
Gq/f|43}@O  
n8eR?'4  
 相位的设计请参考会话编辑器 6*<=(SQI  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 C  +%&!Q  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 -B-nTS`  
I!ykm\<  
3.计算GRIN扩散器 |E)Es!dr  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 tzhkdG  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ^c{,QS{  
 最大层厚度如下：
xED`8PCfu  
qi\!<clv  
4.计算折射率调制 {g>k-.  
{<HL}m@kQ  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ,HxsU,xiG  
#w4=kWJ[  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 l ^*GqP5  
btK| U  
cia4!-#  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 !ACWv*pW  
\1[I(u  
?
[K+Ym+  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 %7PprN0>  
J2`b:%[  
-k p~pe*T  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 IwIk;pB O  
{Tp0#fi  
|yi3y `f  
bN$!G9I!,  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 6Z
Bg/_m  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 T{={uzQeJJ  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 HN\Zrb  
}*~EA=YN;  
5.X/Y采样介质 U-I
LzK  
C^S?W=1=w  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 u, %mVd  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ~a[]4\m;  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 JrTSu`S('  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 n<p`OKIV3  
x=yU }lsV  
I)E+  
O/wl";-  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。
';x .ry  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 @^y/V@lDm  
 应该选择像素化折射率调制。 N7%+n*Z  
6y,M+{  
,@=qaU  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 N5rY*S  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 _F^k>Lq&d  
=z]&E 78Y  
6.通过GRIN介质传播 GdavCwJ  
,9q=2V[GP  
x\XgQQ]-  
#D3e\(  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ~ X8U@f  
- 薄元近似 owTW_V  
- 分步光束传播方法。 rm>;B *;  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 Eo\#*Cv*  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 pr\yc  
 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）。 y6'Fi(2yw  
YH^_d3A;  
7.模拟结果 Dn _D6H  
{nT !|S)$  
v@;:aN  
8.结论 g/so3F%v .  
S(5.y%"<  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 __c:$7B/4U  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 mSAuS)YD  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。