[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 ^/v!hq_#%&  
a*KJjl?k  
 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。 "_36WX  
 设计包括两个步骤： p#fV|2'  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 $_&g
T.>  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 R"k}wRnxY  
 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。 #~@Cl9[)D  
~;B@ {kFY)  
$tFmp)  
照明光束参数 lG!W
e'?  
LuUfdzH  
VT`C<'   
波长：632.8nm N13wVx  
激光光束直径（1/e2）：700um 58.b@@T  
Nh/B8:035  
理想输出场参数 wT+b|K  
I^yInrRh5  
IA?v[xu  
直径：1° _^"0"<,  
分辨率：≤0.03° S2EeC&-AR  
效率：>70% x5)YZ~5  
杂散光：<20% 9Fv VM9  
BjyGk+A  
Z4'8x h)-  
2.设计相位函数 |oI]  
1 n<7YO7}  
2n8spLZYGY  
;p4|M  
 相位的设计请参考会话编辑器 0h",.  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 g4 G?hv`R  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 \z>L,U  
Y<drRK!  
3.计算GRIN扩散器 Rr/sxR|0_  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 zw,=mpf3_  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 Y$ To)qo  
 最大层厚度如下：
UL   
8KrqJN0\  
4.计算折射率调制 S;]][h=  
QCvz|)  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 F7~T=X)1
 
?$&iVN^UA  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 %Vp'^,&S  
C:WXI;*cr  
b/eJEL  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 M@b:~mI[sw  
 UX& ?^]  
20XN5dTFT  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 o> i`Jq&  
s;eOX\0  
p Y[dJxB  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 :6r)HJ5sg  
gwyHDSo8:a  
:n} NQzs  
Y={
_o!9  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 K4\#b}P!  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 /T_@rm  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 $ 3/G)
/A  
qfQg?Mr  
5.X/Y采样介质 H3{FiB]  
yRt>7'@X  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ^t{2k[@  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ]a}K%D)H  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 hkhk,bhI  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 2MapB*  
`X06JTqf:  
gLyE,1Z}u  
O*8.kqlgt  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 =83FCq"  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 _Bp{~-fO  
 应该选择像素化折射率调制。 TZ2-%k#  
)@O80uOFh  
uGxh}'&  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 zFn-VEJ)  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 im6Rx=}E{  
vl{G;[6  
6.通过GRIN介质传播 1D6F WYV8  
HoIK^t~VT#  
};z[x2l^  
~x:B@Ow  
 通过折射率调制层传播的传播模型： yp}a&Dg  
- 薄元近似 #:yh2y7a%  
- 分步光束传播方法。 N^{"k,vB-  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 QX]~|?q  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ,'E+f%  
 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）。 5w# Ceg9  
sfv{z!mo  
7.模拟结果 7vRFF@eq}  
rLU+-_  
f""+jc1  
8.结论 U;l!.mze  
;ORT#7CU  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 aWe?n;  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ^HYrJr$y  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。