[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 oSD=3DQ;  
m(U.BXo  
 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。 JCnHEH
 
 设计包括两个步骤： <q!HY~"V  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 P
|@[D=y  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 @i!+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。 pI-Qq%Nwt  
4"kc(J`c  
)VkVZf | S  
照明光束参数 ocWl]h].  
7FcZxu\  
,$:u^;V(  
波长：632.8nm eLPtdP5k  
激光光束直径（1/e2）：700um ygnZ9ikh<-  
ejZ-A?f-K  
理想输出场参数 dY&v(~&;]  
,.p 36ZLP  
5X)QW5A  
直径：1° hGY-d}npAJ  
分辨率：≤0.03° }.)R#hG?  
效率：>70% M?sax+'  
杂散光：<20% !AE;s}v)0{  
jFdgFKc)  
en'[_43  
2.设计相位函数 KPO w  
_]o7iqtv  
ai$l7]7  
?wG  
 相位的设计请参考会话编辑器 {AD-p!6G  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 hbJy<e1W  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 DSRc4|L
 
bT2c&VPCE  
3.计算GRIN扩散器 9`/e=RL  
 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。 6 :3Id  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 \-]Jm[]^  
 最大层厚度如下： Al*=%nY  
J' P:SC1  
4.计算折射率调制 "r@#3T$  
wsB-( 0-  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 \A\  

6jc5B#  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 elGBX h  
6O{QmB0KK  
e_epuki  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 9)vU/fJ|  
)J@[8 x`  
>l)x~Bkf$j  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 n$SL"iezW?  
oQ]FyV
 
D.{vuftu  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 TDR|*Cs  
w,j!%N  
P{K\}+9F   
1YMi4.  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 O
XM=@B<"  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 Pzzzv^+  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 +1cr6a  
oe^JDb#  
5.X/Y采样介质 z.
hq2v  
}|Q\@3&  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ]Whv%  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 G2wSd'n*y  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 C<a&]dN/  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 (G+)v[f  
RjUrpS[I  
B]yO  
$> QJ%v9+  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ,|$1(z*a{c  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 D]iyr>V6'  
 应该选择像素化折射率调制。 y{(Dv} 
 
sqhIKw@  
a+v.(mCG  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 3:WHC3}W  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 fI;nVRfp  
U+B{\38   
6.通过GRIN介质传播 j-/$e,xX  
]Gm4gd`  
9 AD*  
P*;[&Nn4  
 通过折射率调制层传播的传播模型： s~(`~Y4  
- 薄元近似 M<l<n$rYS  
- 分步光束传播方法。 90abA,U@  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ^2BiMH3j  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 DS4y@,/)'  
 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）。 7R5ebMW V  
:_HdOm  
7.模拟结果 DQu)?Rsk  
a6:hH@,  
#G(ivRo  
8.结论 R>Ox(MG  
'e<8j  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 //r)dN^  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ?vWF[ DRd'  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。