[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 c=uBT K*  
C"V?yDy2~  
 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。 |^>L`6uo  
 设计包括两个步骤： @Wlwt+;fT  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 yAZ.L/jyr  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 
Z)b)v  
 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。 T% jjs  
Iltg0`  
t(LlWd  
照明光束参数 rZwf%}  
tOp:e KN  
H-PW(  
波长：632.8nm kM}ic(K  
激光光束直径（1/e2）：700um `t/@ L:  
kfG65aa>_  
理想输出场参数 Es ZnGuY  
>"m@qkh  
Oa3=+_C~$1  
直径：1° 96([V|5K  
分辨率：≤0.03° 9, sCJ5bb"  
效率：>70% 3e!a>Gl*  
杂散光：<20% HquB*=^xh  
e{#a{`?Uez  
O_%PBgcJr  
2.设计相位函数 8{U]ATx'(  
SFXfo1dqH  
Oujlm|  
<LOx.}fv  
 相位的设计请参考会话编辑器 eO[Cb]Dy:  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ?Pok-90  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 C$Hl`>?$  
is_dPc  
3.计算GRIN扩散器 #xJGuYdv  
 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。 cxF?&0[mY  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 +h9l%Pz  
 最大层厚度如下： ?AM8*w  
UHsrZgIRYT  
4.计算折射率调制 p.W*j^';Q  
Z ^9{Qq  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 AD4L`0D  
Jr*S2z<*  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 1Ag;s  
W;)FNP|MT  
KTAe~y  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 :6Pc m3  
7! A%6  
(fI&(";t  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 BD-c 0-+m  
Ubos#hP  
3I{ta/(  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 "3KSmb   
"8iyMP%8  
*~lgU4  
Ns(L1'9=  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 N@du.d:  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 p9] 7g%  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 i4n%EDQ  
q MT.7n:  
5.X/Y采样介质 [E :`jY  
ek.WuOs  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 1j)!d$8  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 D A)0Y_  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 !O-_
Dp\#  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 6+f>XL#w  
D``NQ`>A  
tP^mq>  
,IZxlf%  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 U"Ob@$ROFy  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 L)nVpqm   
 应该选择像素化折射率调制。 V1fvQ=9  
]ieA?:0Hi  
j
'Q-*-3  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 5\kZgX
WIh  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 xS\QKnG.  
sq(063l  
6.通过GRIN介质传播 0gb]Kjx  
eYSGxcx  
wj:3  
<{xAvN(:  
 通过折射率调制层传播的传播模型： *Wo$$T  
- 薄元近似 F@(}=w^(A  
- 分步光束传播方法。 @ un
 
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ]Q_G /e  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。
0}
7Rm>  
 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）。 ?;#3U5$v  
{F9Qy0.*u  
7.模拟结果 A%8`zR  
ht)*Ync  
C05{,w?  
8.结论 y<x_v )k-  
a.U:B [v`  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 3!w>"h0(  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ?UhAjtYIS  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。