[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Z[. M>|  
!?>V^#c  
 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。 ss)x fG  
 设计包括两个步骤： FRd"F$U  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 |ri)-Bk ,  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 WBE>0L  
 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^}UE<  
E^i]eK*"  
D`LBv,n  
照明光束参数 P
"vrYom  

n[ B~C  
=5+*TL`  
波长：632.8nm yn62NyK  
激光光束直径（1/e2）：700um @gI1:-chB  
`$T$483/  
理想输出场参数 vQEV,d1  
7PY$=L48A  
5}#wp4U  
直径：1° nYyhQX~]B  
分辨率：≤0.03° 9-ozrw8t  
效率：>70% D4=*yP
  
杂散光：<20% p>B2bv+L  
YQ+hQ:4-  
.;?!I_`  
2.设计相位函数 xl\Kj2^  
/v R>.'  
0*$w(*  
":Dm/g  
 相位的设计请参考会话编辑器 ,> zEG  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 u7!9H<{>P  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ^po@U"  
OR<+y~Rv  
3.计算GRIN扩散器 4yl{:!la  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 vQMBJ&  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 S&-K!XyJ  
 最大层厚度如下： |mb2<!ag{  
B 71/nt9  
4.计算折射率调制 L:G#>  
JWn26,  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 P-@MLIC{  
P$)g=/td1  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ( ayAP  
jJ,_-ui  
fO*jCl  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 QZ a.c  
'/W$9jm  
P
MzPj,  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 yayhL DL  
lE:g A,  
I.<c{4K5  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 Y=Vbs x  
~^mUu`@r  
)kD
/ 8  
#z `W ,^C  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ag=d6q  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 FwCb$yE#M  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 [,zq  
lPTx] =G  
5.X/Y采样介质 Jup)m/  
d1j9{  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 kBu{ bxL  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 7},A.q  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 )pnyVTKt  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 YDt+1Kw}D  
)#=J<OpG  
;XKe$fsa~?  
OmYVJt_  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 M^FY6TT4O  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 #+I'V\[  
 应该选择像素化折射率调制。 IrLGAQ0  
d$dy6{/YD  
j)A#}4jd  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ep0,4!#FAO  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 :GHv3hn5  
Fnw:alWr  
6.通过GRIN介质传播 K5""%O+  
7>vm?a^D2&  
2eT?qCxqc  
\8`?ir q"  
 通过折射率调制层传播的传播模型： 9"[;ld<  
- 薄元近似 E~'mxx~i  
- 分步光束传播方法。 xO~ElzGm  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 I2cz:U7  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ZL MH~cc  
 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）。 Ui{%q@  
Vz{+3vfra6  
7.模拟结果 6cQgp]%  
<n"BPXF~  
0YeTS!*Aj  
8.结论 QTV*m>D  
cr7MvXF-  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 #YUaM<O  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 yV30x9i!2  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。