[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 :* |WE29U  
;U?=YSHk7  
 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。 x'}zNEXI  
 设计包括两个步骤： }o!b3*#  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 j7g>r/1eE  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。  -V2`[k  
 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。 {wSz >,  
\Kui`X  
_X?_|!;J  
照明光束参数 %u9Q`  
U+B{\38   
3;z1Hp2X  
波长：632.8nm 6W YVHG  
激光光束直径（1/e2）：700um Xbx=h^S  
&k*oG:J3  
理想输出场参数 \25EI]  
^2BiMH3j  
DS4y@,/)'  
直径：1° 7R5ebMW V  
分辨率：≤0.03° :_HdOm  
效率：>70% DQu)?Rsk  
杂散光：<20% X*7VDt=  
#G(ivRo  
vAG|Y'aO@%  
2.设计相位函数
'tMD=MH  
'e<8j  
N6BOUU]  
yZ=O+H  
 相位的设计请参考会话编辑器 w#BT/6
W&G  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 D5Rp<PBq,  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 Dby|l#X  
\goiW;b  
3.计算GRIN扩散器 ]!"7k_  
 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。 4!ZT_q  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 PS!or!m  
 最大层厚度如下： #$U/*~m $  
WyB^b-QmDh  
4.计算折射率调制 @6!Myez'  
a|]deJU^  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 Ht}?=ZzW  
5(1c?biP&  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ^"iL|3d  
dqBN_P%  
_I,GH{lhI  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 7NOF^/nU  
qM3NQ8Rm  
u!+;Iy7  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 I%Z=O=  
3TV4|&W;  
D8*6h)~  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 l*CCnqE  
rN.8-  
' qT\I8%  
gCRPaF6  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ?Ec{%N%  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ^HuB40  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 *(wxNsK  
plr3&T~,&S  
5.X/Y采样介质 )Xt#coagS  
Z
v mkb%8  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 'vq0Tw5  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 23houS
 
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 M djxTr^  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 muK.x7zyl  
!lZ}kz0  
5D7k[+6  
i&)([C0z$  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ZifDU@J$t  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 i3L2N~:V  
 应该选择像素化折射率调制。 _ q>|pt.W  
JXt_
  
~(Q#G"t  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 K2v[_a~@  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 F]<2nb7  
,5T1QWn^f  
6.通过GRIN介质传播 #tw_`yh  
&(p5z
4Df  
rAqS;@]0  
Q_0_6,Opb  
 通过折射率调制层传播的传播模型： =jxy4`oF  
- 薄元近似 +RiI5.$=Z  
- 分步光束传播方法。 f4f)9n  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 NP4u/C<  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 c|k(_#\B  
 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）。 Qk
|+Gj  
8`1]#Vw  
7.模拟结果 &U([Wd?E2  
+T,A^(&t  
])?h~  
8.结论 3U!=R-  
_sL;E<)y(  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 OOABn*  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 79o=HiOF99  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。