[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 9] /xAsD  
NvH9?Ek"  
 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。 Xz)UH<  
 设计包括两个步骤： '< ]:su+  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 EL!V\J`S_  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 &jCT-dj  
 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。 zoXCMBg[  
x\t)u
M%  
|4uH  
照明光束参数 jR-`ee}y2  
*Dr-{\9  
y6.}h9~  
波长：632.8nm lqFDX d  
激光光束直径（1/e2）：700um ~m^.&mv3/  
/(C?3}}L  
理想输出场参数 s(*LV2fa  
Rd6? ,  
1qWIku  
直径：1° &7* |rshZ  
分辨率：≤0.03° =}N&c4I[j  
效率：>70% VU+
`yQp  
杂散光：<20% 68ce+|  
^'EeJN  
Uc,D&Og  
2.设计相位函数 L/Cp\|~ O  
4Q2=\-KFj  
i oX [g
 
`N$
:QWJ  
 相位的设计请参考会话编辑器 C?@vBM}  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 1iWo*+5  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 )N[9r{3  
6?y<F4  
3.计算GRIN扩散器 [{.e1s<EK  
 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。 2e_ssBbb  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 W.OcmA>x  
 最大层厚度如下： >hqev-   
^Rr0)4ns  
4.计算折射率调制 j8p</gd  
%:I\M)t}k  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 '<N^u@tF7  
^LfN6{  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 L:$kd `v[  
Jt79M(Hp!  
8S2sNpLi-g  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Mf
Nxd 6w  
*a_U2}N
 
$4K(AEt[  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 SMHQo/c r  
e~#;ux  
\)Sa!XLfT  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 6&8([J  
l ;"v&?  
VO#x+u]/  
@tQu3Rq@  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 I9S=VFhZ`  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 P%?|V_m  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ^%(HZ'$wC  
p<b//^  
5.X/Y采样介质 G-`4TQ  
N ]
KS\  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 *|)a@VL  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 <9zzjgzG{c  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 VyQ@. Lm  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 : utY4  
~)5NX 4Po  
T(LqR?xOo  
}^|g|xl!  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 WXJEAje  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ,;3#}OGg  
 应该选择像素化折射率调制。 y|r+<  
}xZR`xP(  
DK' ? '  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 `SDpOqfIrP  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 1'.SHY|  
P2
HR4`c  
6.通过GRIN介质传播 _5<d'fBd  
$~x#Q?-y  
;bz|)[4/  
ZJL8"(/R  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ,4kly_$BH  
- 薄元近似 bv %Bo4s  
- 分步光束传播方法。 m\9R;$\  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 GYvD*?uBc  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 _~q!
<-Z  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 gcS?r :  
 |tK
_Bn  
7.模拟结果 6"3-8orj  
R]dN-'U  
Ck`-<)uN  
8.结论 2o8:[3C5  
6I)[6R  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 54[#&T$S  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 a1^CpeG~  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。