[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 z`rW2UO#a`  
l j*J|%~  
 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。 _<G%  
 设计包括两个步骤： }=^Al;W  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 $^"_Fox]A\  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 cK+y3`.0  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 1`8(O >5  
xDBHnr}[  
{uMqd-Uu  
照明光束参数 Yo#F;s7  
X~Vr}  
wa4(tM2  
波长：632.8nm /2PsC*y  
激光光束直径（1/e2）：700um 7Ke#sW.HN  
n`)wD~mk  
理想输出场参数 s|=.L&"   
auT$
-Ki8  
Dhe ]f#d  
直径：1° #>byP?)n  
分辨率：≤0.03° y[@<goT  
效率：>70% 9ApGn!
`  
杂散光：<20% /!Kl  
g?caE)  
Ev;ocb,  
2.设计相位函数 5Pl~du  
-'!%\E;5  
uua1_#a  
B>&eciY  
 相位的设计请参考会话编辑器 ku}I;k |  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 b
,#E.%SLw  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 Qvd$fY**  
Z"fnjH
 
3.计算GRIN扩散器 p@7[w@B\c  
 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。 mjq
VP.  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 b(~ gQM  
 最大层厚度如下：
1$Pn;jg:  
D%Y{(l+X  
4.计算折射率调制 jHx<}<  
Uwqm?]  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 3yAzt*dZ  
O$=)  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 6uijxia  
z!I(B^)BkT  
x@]pUA1  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 k&1~yW  
mTzzF9n"Y  
X;ZR"YgT  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 E@_M|=p&  
?DC3BA\)  
yv<0fQ  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ^Q?I8,4}  
-R;.Md_  
5)yQrS !{:  
0F<O \  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ;mLbJT   
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 IPl>bD~=p  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 9J?G
"JV?  
B94mh  
5.X/Y采样介质 ~qiSkG  
khb Gyg%  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 *s6MF{Ds  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 96Tc:#9i  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 <oSk!6*  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 oWpy^=D_  
)]%GNdU  
BV&}(9z  
<)]B$~(a  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 !o 7uZC\  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 :!1B6Mc  
 应该选择像素化折射率调制。 3X{=*wvt  
zy#E qv  
H3.WAg[`  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 U"xI1fg%b  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 (iK0T.  
VPf*>ph=  
6.通过GRIN介质传播 2WIbu-"l  
'lv\I9"S)  
U3^T.i"R  

N2}].}  
 通过折射率调制层传播的传播模型： HFx8v!^5N  
- 薄元近似 UJ)\E ^Hp  
- 分步光束传播方法。 'MM#nQ\(  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 d `Q$URn|  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 /s=TLPm  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 'W$jHs  
oj<.axA,  
7.模拟结果 Ah &D5,3  
f
h \<tnY  
2&]UFg:8Q  
8.结论 &K`[SX=  
-)?~5Z   
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 5RT
AM  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 o"v> BhpC  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。