[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 CI };$4W~  
3Y}X7-
|)Z  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 gADEjr*H  
 设计包括两个步骤： },G>+ s8h  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 '[nH]N  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 `zJTVi4  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 [N-t6Z*  
H[a1n' "<:  
lB0: 4cIj  
照明光束参数 -`
o22G3w  
rz@;Zn  
Jt3]'Nr04@  
波长：632.8nm m:1f7Z>  
激光光束直径（1/e2）：700um 8=%%C:  
zu~E}  
理想输出场参数 KF#,Q  
X~ AE??  
&u_s*  
直径：1° w
/`I2uYu  
分辨率：≤0.03° N<\U$\i  
效率：>70% AJ*FQo.U  
杂散光：<20% =h4* ^NJ  
;be2sTo  
Ris5)*7  
2.设计相位函数 nM)q;9-ni  
_p~lL<q-K[  
%S<0l@=5`l  
x-:a5Kz!  
 相位的设计请参考会话编辑器 qDQ$Zq[  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Uo
Lvc~n7  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 =psX2?%L  
nbpGxUF`]  
3.计算GRIN扩散器 k8}*b&+{vz  
 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。 y3 R+060\3  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 F|3 =Cl  
 最大层厚度如下： q5irKT*Hs  
7>a-`"`O  
4.计算折射率调制 _IA@X. )?  
AQ>8]`e`  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ="$9 <wt  
)PRyDC-  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 SYPG.O?I  
z]NzLz9VfL  
.."=  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 , 8NY<sFh  

P+m{hn~%  
Bn
LM;5 >  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 yX}riXe
  
1Qi5t?{  
F9sVMV
 
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 #)aUKFX  
4v"9I(  
?]`kc  
1CkBfK  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 _`/:gkZS  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 -/>SdR$D7  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 hcvWf\4'#q  
.Y8z3O  
5.X/Y采样介质 Ut;,Z  
kvzGI>H:  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ,DN>aEu1  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 6gLk?^.  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 jp
l"KN?X  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 73kF=*m  
-.8 nEO3  
w&eX)!  
cr{;gP  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 zFy0SzF  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 RJ ,a}w[9  
 应该选择像素化折射率调制。 zCvt"!}RRa  
vI<n~FHt  
[xF(t @p  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 }n+#o!uEf  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 W0]W[b,:u$  
b<|l*\  
6.通过GRIN介质传播 SjT8eH #  
jl;%?bx  
-lKk.Y.}r  
tpJe1J<  
 通过折射率调制层传播的传播模型： !TJCQ[Aa}  
- 薄元近似 > .L\>  
- 分步光束传播方法。 T)"B35  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ~bSPtH ]6d  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 #K8kz  
 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）。 1}A1P&2>  
481SDG[b  
7.模拟结果 Cv@ZzILyoK  
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$ e<&7  
8.结论 ?0>% a$`  
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 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 c$.h]&~dN  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 g$c\(isY;  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。