[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 i3%~G
c63  
<
GNOT"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。 eAuJ}U[  
 设计包括两个步骤： GDcV1$NA  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ; zvnDox  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 w-#0k.T  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 {``}TsN  
qXhrK /  
RyhR#  
照明光束参数 =#V11j  
O#EBR<CuK  
\6'A^cE/PX  
波长：632.8nm xw-q)u  
激光光束直径（1/e2）：700um >WDpBn:  
E, v1F!  
理想输出场参数 b>7ts_b  
19rUvgC{M  
AO]lXa  
直径：1° |X.z|wKT6  
分辨率：≤0.03° nB]Q^~jX  
效率：>70% 8;'n.SC{  
杂散光：<20% f2u2Ns0Ym  
{+[gf:Ev  
IW1\vfe  
2.设计相位函数 Kje+Niz7  
~ZNhU;%YW  
)aC+qhh  
:3t])mL#   
 相位的设计请参考会话编辑器 g.]'0)DMW  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 h|H;ZC(B  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 "EHc&,B`  
e
)xWQ=,C  
3.计算GRIN扩散器 bpx=&74,6m  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 1v4kN -  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 mTPj@F>  
 最大层厚度如下： D1n2Z:9  
:kVV.a#g  
4.计算折射率调制 ks5'Z8X  
d0=nAZZ  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 .'a|St  
(J4utw Z  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 Hj\~sR$L-  
v wyDY%B"n  
s z\RmX  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 =c,gK8C  
nAg(lNOWN  
DPwSg\*)  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 f3N:MH-c  
zEB1Br,  
U.aa iX7  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 :#/bA&  
E5(Y*m!  
r$F]e]Ic\  
.vv*bx   
 数据阵列可用于存储折射率调制。 UW*aSZ/?  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 XOCau.#  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 %5G BMMn  
8UIL_nPO  
5.X/Y采样介质 RFJ;hh  
5u46Vl{  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 j
;v%4G  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 cDiz!n*.q  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 vb- 
.^l  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 32iI :u  
B@]7eVo  
J,O@T)S@  
.A\\v6@  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 IDh`0/i]  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 6^|6V  
 应该选择像素化折射率调制。 yj~"C$s  
GC[{=]}9U  
b8.%?_?  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ;J(,F:N  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 LJwMM  
2?T:RB}  
6.通过GRIN介质传播 *Zi%Q[0Me  
9|?Lz  
i)L:VkN  
CFm1c1%Hg  
 通过折射率调制层传播的传播模型： |{)xC=  
- 薄元近似 el?V2v[  
- 分步光束传播方法。 5j,qAay9  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 &fW=5'  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 Z9&
D'n)  
 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）。 B)]{]z0+`  
Qe$>Jv5  
7.模拟结果 K$cIVsfr  
-FN6sNvIh  
/:` i%E  
8.结论 %^=!s  
P\4tK<P|  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 huJq#5?  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 '$XHRS/q]  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。