[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 r
8.R?5F@  
om6'%nXhn  
 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。 aLZza"W  
 设计包括两个步骤： mS)|i+5  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 W&E?#=*X  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 M7U:UV)  
 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。 8T
?=_|  
xgsEJE  
fmqHWu*wG  
照明光束参数 D#VUx9kugv  
#.1+-^TQk  
`M0m`Up  
波长：632.8nm 8YroEX[5l  
激光光束直径（1/e2）：700um 3d<Z##`{4  
sw<GlF"  
理想输出场参数 (^h2'uB  
-U&k%X   
4:1URhE  
直径：1°  ! @EZ  
分辨率：≤0.03° mn5y]:;`  
效率：>70% TsiI5'tx  
杂散光：<20% 90Rz#qrI*  
Y!!w*G9b  
2
G=prS`s  
2.设计相位函数 ck0K^o v  
W(~7e?fO  
6uNWL `v  
HLYog+?  
 相位的设计请参考会话编辑器 {tE9m@[AF  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 <L!9as]w  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 94uAt&&b(  
} O:Y?Wq
^  
3.计算GRIN扩散器 EV=/'f[++  
 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。 JU>F&g/|  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 zDakl*  
 最大层厚度如下： tk]>\}%  
qYba%g9RN(  
4.计算折射率调制 !>E$2}Q|]  
d8N{sT  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 l$1 ]  
WdtZ{H  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 GXk]u  
<m"fzT<"  
@$G{t^&os  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ~<Eu @8+_  
?WEKRl  
q8m[ S4Q]g  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 :{8,O-  
!xD$U/%c  
}0okyGg>q  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 }Od=WQv+  
V*d@@%u**  
rS|nO_9f  
%fJ~3mu  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 >f\$~cp  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 xj
< K6  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。
w ]%EJ|'  
%4$J.6M
 
5.X/Y采样介质 6<t<hP_3O  
H`T8ydNXa  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 j|-{*t{/x  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 DeK&_)g| Z  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 xoe/I[P]U  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 8"=E0(m  
52P^0<Wq  
Y@l>4q")  
8-5g6qAS  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 {3@"}Eh  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 z(dDX%k@  
 应该选择像素化折射率调制。 +*`>7m<^  
&iTTal.6  
Ewq7oq5:  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ET\>cxSp  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 /A82~  
i|!D  
6.通过GRIN介质传播 Hfo/\\  
.
VA'W16  
WQ1K8B4  
],|
;  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Sp-M:,H3H  
- 薄元近似 |Duf 3u  
- 分步光束传播方法。 fn3D
oD+I  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 JWsOze8#  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 SYYg 2I  
 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）。 Iy;bzHXs  
dTVh{~/  
7.模拟结果 gg?O0W{  
4<btWbk5u*  
ijeas<  
8.结论 f>[!Zi*  
cnL@j_mb  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 $_+.D`vx`  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。  K)P].htw  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。