[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 )>+J`NFa  
j@778fvM\t  
 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。 gg+!e#-X  
 设计包括两个步骤： r(i!".Z  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 d:GAa   
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 wNtPh&  
 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。 YLkdT%  
!`qw"i  
K!A;C#b!  
照明光束参数 227 Z6#CF!  
/vrjg)fer  
s&Lyg>>`  
波长：632.8nm a$2WL g,  
激光光束直径（1/e2）：700um <52)  
s{@3G8  
理想输出场参数 bG&vCH;}%  
T.B}k`$  
n\'@]qG)Z4  
直径：1° ,Jqk0cW2  
分辨率：≤0.03° LvbS")  
效率：>70% ,mm9X\ '  
杂散光：<20% iD`>Bt7gD  
Ua\<oD79]  
c,FhI~>R  
2.设计相位函数 vI1UFD D  
l~j{i/>  
;{S7bH'6m  
OaCp3No  
 相位的设计请参考会话编辑器 QbG`F8dj  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Zrm!,qs  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 p({)ZU3  
@$] CC1Y  
3.计算GRIN扩散器 ly)L%hG  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 NUb:5tL  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 n^:Wc[[m  
 最大层厚度如下： g)UYpi?p-}  
e_z"<yq  
4.计算折射率调制 :j4i(qcF  
bP3S{Jt-|  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ppXt8G3%x  
ptvM>zw'~g  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 <lFQ4<"m  
," ~4l&  
m~U2L  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 I$vM )+v=  
Mg^.~8\de  
{H$m1=S  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 9G)q U  
n3LCQ:]Tf  
.pd_SQ~  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 Ii4lwZnz  
dt=5 Pnf[y  
Q?"-[6[v  
-4!i(^w[m/  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 e Zb8x  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 MF%>avRj  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 dab[x@#r>  
^d[s*,i?  
5.X/Y采样介质 0"O22<K3a  
2 bQC2  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 FMBzTD  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 +w'{I`QIL0  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 DGllJ_/Z  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ]&kzIxh  
Vg^@6zU  
\JX.)&> -  
ob3Z I  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 kH10z~(e  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 \%ZF<sVW  
 应该选择像素化折射率调制。 KN"V(<!)~  
Q?\rwnW?U  
(HZzA7eph  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 #Kp/AN5YC  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ,0=@cJ  
l
Y_&P.B  
6.通过GRIN介质传播 >kJEa8  
u  teI[Q  
QX$i ]y%S  
_a3,Zuv  
 通过折射率调制层传播的传播模型： z9#iU>@  
- 薄元近似 TXlxnB  
- 分步光束传播方法。 Y)=89s&t  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 "77 j(Vs9  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 $A/$M\:  
 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）。 ]c \gUU  
T;u>]"S  
7.模拟结果 8yDu(.Q  
ZJxUv {J  
f9Hm2wV  
8.结论 J}-,!3qxW  
#sq$i  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 >/DyR+?>4  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 -$]Tn#`Fb  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。