[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 x;b'y4kH  
aP"i_!\.aa  
 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。 hp>me*vzr  
 设计包括两个步骤： 8Oc*<^{#  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 F." L{g  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 F6q}(+9i  
 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。 %mI`mpf  
q=[0`--cd  
!r[uwJ=  
照明光束参数 9cj=CuE  
8eLNKgc  
c*ytUI*  
波长：632.8nm lJU[9)Q_  
激光光束直径（1/e2）：700um !).D  
V}aXS;(r%  
理想输出场参数 i<@|+*>M  
^8fO3<Jg  
>+$1 p_  
直径：1° 9I pjY~or  
分辨率：≤0.03° kB :")$  
效率：>70% -><?q t  
杂散光：<20% DrB=  
$cK9E:v  
o9Agx{'oV  
2.设计相位函数 b,{?+
8  
 =v8#@$  
9D 0ujup  
T?%F  
 相位的设计请参考会话编辑器 {v2Q7ZO-  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 UQhfR}(  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 85H8`YwPh  
Z7%>O:@z  
3.计算GRIN扩散器 a{H~>d<?  
 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。 LrK6*y,z  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 \hm=AGI
0  
 最大层厚度如下： ? 8'4~1g`}  
vB#3jI  
4.计算折射率调制 K_}vmB\2l  
f PDn
kr  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 rb,&i1  
.Mm8\].  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 &&t4G}*  
0iHK1Pt}  
#X|'RL($  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 r$0"Y-a  
u2BVQ<SA  
~+4OG 0  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 IY :iGn8R  
j@ =n|cq  
c%v%U &  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 oOSw>23x  
;
pC-0m0Y  
]@Zj-n8  
%>pglI  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 pU}>}  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 kgYa0 e5  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 *6=[Hmygi  
~KrzJp=5F  
5.X/Y采样介质 zvD$N-#`p  
oIf-s[uH  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 }`*]&I[P  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 8R-?x/:  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 YY$K;t{dk  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 Xhi9\wteYw  
5 {'%trDEy  
Cee?%NaTS  
gLu#M:4N  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 m&o&XVC  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 MiS$Y  
 应该选择像素化折射率调制。 8[xb+_  
*mq+w&  
a0y;c@pkO  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 C>t1~^Q},9  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 : h-N  
7GE.>h5  
6.通过GRIN介质传播 N}zQ)]xz+r  
+vJ[k2d  
%6*xnB
?  
JCS$Tm6y<_  
 通过折射率调制层传播的传播模型： b9`MUkGG
d  
- 薄元近似 ?JtFiw  
- 分步光束传播方法。 \
6nWt6M  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ;h] zN  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 HJoPk'p%  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 =yvyd0|35  
u["Pg  
7.模拟结果 zFwp$K>{QY  
Q9?/)&3Bu  
@S<=Okrlj  
8.结论 C:$lH  
X[BKF8,  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 k>U&Us0  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 v0\2%PC  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。