[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 E$*I.i
_m  
;%Jp@'46  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 T%-F,i  
 设计包括两个步骤： Xs*~[k'  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 c[J#Hc8;  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 -mcLT@  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 b&V
=X{V4  
fM \T^X  
}evc]?1(  
照明光束参数 bbS'ZkB\  
G }TT-  
kax9RHvku  
波长：632.8nm 
6WI_JbT~  
激光光束直径（1/e2）：700um ()3+!};  
X!nI{PE  
理想输出场参数 b<Pjmb+  
:IbrV@gN{@  
|M0 XLCNd_  
直径：1° CK'Cf{S  
分辨率：≤0.03° hq(3%- 7&  
效率：>70% li,kW`j+t  
杂散光：<20% >/ HC{.k  
(|h<{ -L  
v>7tJ[s  
2.设计相位函数 ?jz{fU  
?AYI   
t[)z/[m  
]^ZC^z;H  
 相位的设计请参考会话编辑器 9S.R%2xw`  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 'HPw5 L  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 iTqv=  
LP#CA^*S  
3.计算GRIN扩散器  p^\>{  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 pl|<g9  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 Z*jhSy  
 最大层厚度如下： !Z<Z"R/  
(:M6*RV  
4.计算折射率调制 V4/eGh_T  
69O?sIk  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 K31Fp;K  
@b-?KH  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ^ chlAQz(  
L$lo5  
WNlWigwYl  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 3)__b:7J  
YPGn8A  

&{ntx~Eq  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 k&yy_r   
] M_[*OAb  
B~LB^ n(>@  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 |44CD3A%
 
j%~UU0(J  
BU]9eF!>h  
\AkeC6[D  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 )x?F1/  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 >:KPvq!0  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ~)sb\o  
/`:5#O  
5.X/Y采样介质 [4PG_k[uTJ  
+%
'0;  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 mZMLDs:  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 c>=[|F{{e  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 -%%2Pz0I  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 f<0-'fGJd  
+!.=M8[  
e?RHf_d3T-  
?6tuo:gP  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 1fEV^5I  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 lq1pgM?Kf  
 应该选择像素化折射率调制。 "1h|1'S50?  
kmo3<'
j{  
Z78&IbR  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 B5J=q("P  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 #sAEIk/  
rw8db'  
6.通过GRIN介质传播 0Oe@0L%^3"  
mw?,oiT,)  
:mY(d6#A>  
\u",bMQF  
 通过折射率调制层传播的传播模型： +4B>gS[ F  
- 薄元近似 !mq+Oz~  
- 分步光束传播方法。
w9c  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 DFqXZfjm  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 L!-T`R8'c  
 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）。 "m/0>U
U0  
xjv?Z"X  
7.模拟结果 %hcY [F<  
M0"xDvQ  
$p}7CP  
8.结论 S(9fGh  
/v=MGX@r  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 V4ayewVX  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 } Tp!Ub\Cc  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。