[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 7j$Pt8$  
JhHWu<  
 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。 (xl\J/  
 设计包括两个步骤： eS+g|$c
W  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 JIm4vS  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 $P z`
$~  
 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。
aAE>)#f(  
gU&%J4O  
]:(W_qEA  
照明光束参数 D&G"BZx|  
P 1XK*GZ  
G{Yz8]m  
波长：632.8nm tZyo`[
La  
激光光束直径（1/e2）：700um &;i "P  
K+*Q@R D  
理想输出场参数 S4UM|`  
0 B@n{PvR0  
=(v^5
 
直径：1° i;/xK
=L  
分辨率：≤0.03° ~y HU^5D  
效率：>70% =U8Ek;Drp  
杂散光：<20% tVuWVJ4M  
*NFg;<:j  
;-P)
m  
2.设计相位函数 ]z/Zq  
(8$k4`T>  
:bu>],d-8'  
>Fio;cn?  
 相位的设计请参考会话编辑器 $+JS&k/'m  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 O.aG[wm8  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 d^03"t0O]  
}jH7iyjD  
3.计算GRIN扩散器 e^p +1-B  
 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。 dZ#&YG)?e  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 (*}yjUYLZ  
 最大层厚度如下： c'uhK8|  
C%d_@*82  
4.计算折射率调制 &LO"g0w  
}%b;vzkG5  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 "Z Htr<+  
L`f^y;Y.  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 1"Z@Q`}  
+#U|skl  
!+>v[(OzM  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 =4V&*go*\  
kiUGZ^k\s  

NBl+_/2'w  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Q!- 0xlx  
*e
I)Z=8  
)?_#gLrE6  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 H]Hv;fcC  
vEf4HZ&w  
ah
x>q  
4BnSqwa_  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 #^m0aB7r  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 )u))n#P  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 b0iSn#$  
^,m< 9  
5.X/Y采样介质 DPi_O{W>  
BA\/
YW @  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 HhO".GA  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 J>fQNW!{  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 ?X@fKAj  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 n>@oBG)!  

<: &*  
2,ECYie^  
y#}cC+;   
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 $kR N h6  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 /mo(_  
 应该选择像素化折射率调制。 &zs'/xv]  
vJAZ%aW  
3u%{dGa  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 P[s8JDqu  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 o7IxJCL=Q  
ss;R8:5  
6.通过GRIN介质传播 +`?Y?L^ J  
KNH1#30 K  
,{\Bze1fn  
LC1(Xbf  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ^vG8#A}]  
- 薄元近似 9UvXC)R1  
- 分步光束传播方法。 Mq';S^  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 N !TW!  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 !w&kyW?e  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 R<B7K?SxV~  
 i2~  
7.模拟结果 cwGbSW$t  
OY?y^45y  
Df3rV'/~  
8.结论
R8.CC1Ix  
Y@PI {;!  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 2NB L}x  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 q^6+!&"  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。