[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 t$A%*JBKm  
U )l,'y2  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 qfK`MhA}  
 设计包括两个步骤： hWT[L.>k  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 cdG|
m[  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 m q{];  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 V2i@.@$j  
7g(F#T?;'  
=<NljOR4`  
照明光束参数 cg*)0U-_(  
FN%m0"/Z{t  
Ie4hhW  
波长：632.8nm [fKUyIY_  
激光光束直径（1/e2）：700um !Z5[QNVaV  
~I799Xi  
理想输出场参数 e&qh9mlE  
,i,q!M
{-  
&ZX{R#[L  
直径：1° r?*NhLG;  
分辨率：≤0.03° EB_NK  
效率：>70% y
:h}z).  
杂散光：<20% C,pJ`:P  
0#YX=vjX7  
OLvcivf  
2.设计相位函数 @;H,gEH^  
OKvPL=~  
rJ!{/3e  
Eyh51IB.  
 相位的设计请参考会话编辑器 =T7A]U]  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ^=^z1M2P  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 *mMEl]+  
_+^ 2^TW  
3.计算GRIN扩散器 0sh/|`\  
 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。 p!<$vE  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 nYt/U\n!  
 最大层厚度如下： h'$9C  
Xe^
Cn R  
4.计算折射率调制 d'|,[p  
]wWPXx[>/  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 )5.C]4jol  
LT,?$I  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 A,)VM9M_l  
Eb=#9f%y>&  
4L73]3&  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 60)iw4<wf  
D K
w*~0  
l?q%?v8  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 4j!]:ra  
&k1T08C*  
) 9oH,gZ  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 03iv
3/{H  
E3*\ ^Q_  
$L2%u8}8:  
i9D0]3/>  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 j}AFE  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 d.2mT?`#  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 `W-&0|%Ta  
)Y8",Ig  
5.X/Y采样介质 XZ/[v8  
P@]8pIB0d^  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 @y/wEBb  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 eJo3 MK  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 NKmoG\*  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 -.|4Y#b:&  
z 8*8OWM  
P\&! ]  
C P3<1~  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 i#%a-I:
M  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 & ``d  
 应该选择像素化折射率调制。 QQpP#F|w  
t nS+5F  
5eA8niq#  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 IjfxR mV  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 }elH75[64  
)!Bd6-  
6.通过GRIN介质传播 Zh/Uu6  
"W#t;;9Wz  

((rv]f{  
NA.1QQ;e  
 通过折射率调制层传播的传播模型： w~@-9<^K]v  
- 薄元近似 P=5NKg  
- 分步光束传播方法。  YOAn4]j  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 Sc]P<F7N]  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 dtAbc7
 
 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）。 RAjkH`  
WM)F0@"  
7.模拟结果 @wq#>bm  
i%

#$*
 
{NCF6Mk  
8.结论 w18RA#Zo/  
b59{)u4F  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 6TH!vuQ1(  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Lz\UZeq  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。