[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 q'awV5y  
Kf7v_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。 #EdsB  
 设计包括两个步骤： eMC0 )B  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 VN9C@ ;'$  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ,t_Fo-i7vI  
 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。 %phv<AW  
KFMEY\6\h  
{]\!vG6  
照明光束参数 oVSq#I4  
YV0K&d  
{$mj9?n=v  
波长：632.8nm FsYsQ_,R3  
激光光束直径（1/e2）：700um (Q09$  
.)eX(2j\
 
理想输出场参数 j;']L}R  
9fL48
f$  
Lcyj,R  
直径：1° \hwz;V.J"  
分辨率：≤0.03° %,M(-G5j;  
效率：>70% =-qv[;%&6  
杂散光：<20% P7GF"/  
(7g1e
EK%  
Q@lJ|  
2.设计相位函数 x p#+{}  
Ll L8Q  
bJE$>  
M(2c{TT  
 相位的设计请参考会话编辑器 i`1QR@11  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Vi~F Q  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 { +%S{=j  
?g$dz?^CK&  
3.计算GRIN扩散器 :8~*NSEFd  
 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。 Rg6e7JVu  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 GUyc
1{6  
 最大层厚度如下： /#M|V6n  
wb }W;C@  
4.计算折射率调制 f`jRLo*L  
? h$>7|  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 vO)nqtw  
^r<bi%@C$  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 H[{ch t h  
@"m? #  
v?7.)2XcX  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 c!BiGw,;  
hD>O LoO  
U9KnW]O%"  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 5"[Qs|VjA6  
TY=BP!s  
m*BtD-{  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 }>w;(R  
*HwTq[y  
q lL6wzq,  
l\yFx  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 #isBE}sT{  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 j!;?=s  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 .s_wP  
H!ZPP8]j>  
5.X/Y采样介质 ?hS n)  
g|PVOY+|^  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 7K`A2  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 3`&2-  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 7 3k3(r
Z  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 _AQ :<0/#  
l|fOi A*K  
:_tsS)Q2m  
5vL]Y)l  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 {O
6f1LuH  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 :Q\b$=,:  
 应该选择像素化折射率调制。 w$7*za2  
4b8!LzKS  
n2R{$^JxO  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 6P' m0  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 m?_S&/+*  
Gt[!q\^?  
6.通过GRIN介质传播 f4zd(J  
& h9ji[  
3_IuK6K2  
i`E
s7 }  
 通过折射率调制层传播的传播模型： v"L<{HN  
- 薄元近似 }abM:O "Y  
- 分步光束传播方法。 ~?dPF;.6_  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 _.Y?BAQ  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 +GWeu0b(~  
 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）。 @7%nMTZ@&v  
POc< G^  
7.模拟结果 kzGD*  
VuFH >8n  
`I<*R0Qe  
8.结论 UGEC_  
7vV3"uns  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 .8CR \-
  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 JPgV7+{b[  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。