[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 JO6)-U$7UG  
hy"\RW  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 Od,qbU4O  
 设计包括两个步骤： @O^6&\s>  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 57  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ,S]7 'UP  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 =R$u[~Xl2X  
)W _v:?A9  
Tq
n@P  
照明光束参数 Ig0VW)@  
w-L=LWL\  
q ,]L$  
波长：632.8nm ra gXn  
激光光束直径（1/e2）：700um mLLDE;7|}  
8\A#CQ5b  
理想输出场参数 sLT3Y}IO  
uo%)1NS!  
hH8oyIC  
直径：1° 7CURhDdk  
分辨率：≤0.03° ~YWQ2]  
效率：>70% 6HWE~`ok6  
杂散光：<20% lE(HFal0-(  
xHLlMn4M  
ShP^A"Do  
2.设计相位函数 ~H<6gN<j(.  
czgO ;3-C  
9`X\6s  
[uN? ~lp\%  
 相位的设计请参考会话编辑器 u(F_oZ~  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 bUdLs.:  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 0#Y5_i|p  
:vQrOn18p  
3.计算GRIN扩散器 }?_?V&K|  
 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。 sfugY(m  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 CXx*_@}MU  
 最大层厚度如下： SBk4_J/_  
Z4w!p?Wqa  
4.计算折射率调制 ,pQZ@I\z  
$2M$?4S/T  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 +`3)oPV)  
BLf>_bUk  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 V]e8a"/[{  
Vl=l?A8  
m6\E$;`  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 B:S>wFE(.  
jB Z&Ad@e  
;LPfXpR  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 pis`$_kmwV  
Ru!iR#s)!  
G+"t/?/  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 DIfaVo/"  
J~zUp(>K  
;oKZ!ND  
Sc1 8dC0  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 {{D)YldtA  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 "W7K"=X  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Ls$D$/:q?  
D4lG[qb  
5.X/Y采样介质
/
hH  
[")o.(  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ~IfJwBn-i  
 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<99FW"@e  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 "ESwA  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 bz2ztH9 n  
n,V[eW#m'L  
%G_B^p4  
FaQe_;  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 r4XK{KHn  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 Is)u }  
 应该选择像素化折射率调制。 oim9<_  
+\c5]`  
mAj?>;R2$2  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 j_!F*yul  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 7uS~MW  
. y-D16V  
6.通过GRIN介质传播 ~Ei$nV  
o WrKM  
XSe=s
HEI  
h-#6av:  
 通过折射率调制层传播的传播模型： qo90t{|c  
- 薄元近似 mPtZO*Fc  
- 分步光束传播方法。 ,.83m%i  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 X<`  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 &Fzb6/  
 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）。 @uqd.Q  
?Wr+Q  
7.模拟结果 ( iBl  
1MP~dRZ$  
iZ3IdiZ  
8.结论 G~^r)fm_  
< Mn ;  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 \=?a/  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 cz#rb*b  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。