[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 c'Z:9?#5  
`>6T&  
 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。 ["y6b*;x  
 设计包括两个步骤： DG(%-w8p"  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 !KcWH9  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 s)zJT  
 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。 }aF  
|;+qld[4z  
BcQEG *N  
照明光束参数 }7ehF6  
b9~A-Z  
%MZP)k,&U  
波长：632.8nm n[,XU|2  
激光光束直径（1/e2）：700um :^i^0dC  
jV
O{$j  
理想输出场参数 &<3&'*ueW  
m^V5*JIh  
s$w;q\1z  
直径：1° 8w_7O>9  
分辨率：≤0.03° uo2'"@[e  
效率：>70% F]EBD8/b  
杂散光：<20% fBhoGA{=g  
D+JAK!W  
Ag9?C*  
2.设计相位函数 8`=v.   
g^7MM
lY%  
:nA.j"@  
cA)[XpQ:+W  
 相位的设计请参考会话编辑器 GbI-SbE  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 c9wfsapJ  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 o`n$b(VZ  
@WMA}\Cc  
3.计算GRIN扩散器 s58C2  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 "4o=,$E=  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ]
e'fa/I  
 最大层厚度如下： bQ'8SCe  
cxIk<&i~(  
4.计算折射率调制 -' g*^  
>UDd @  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 /w(e  
Wp)*Mbq@  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 IQZ#-)[T"  
,<-G<${  
y5r4+2B  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ?e[lr>-  
<-'$~G j  
U8.7>ENnP&  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 +{<#(}  
Zf$Np50@(  
-m *Sq  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 :cB=SYcC%  
^9Qy/Er'  
js iSg/  
eET&pP3Rp  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 s\!>"J bAQ  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 BTgG4F/)  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 @+3kb.P%7  
7frTTSZ  
5.X/Y采样介质 o1M$.*  
>B]'fUt5a  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 {|I;YDA  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 BauU{:Sh  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 &f-Uyr7?  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ,) J~,^f6  
C74a(Bk}H  
4R18A=X  
(=7Cs  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Z#rB}  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ;4Y%PVz~D  
 应该选择像素化折射率调制。 Z&;uh_EC  
"[y-
+)WTG  
15o9 .   
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 v`M3eh@$A  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 (Jz1vEEV  
FCnm1x#  
6.通过GRIN介质传播 Lhqz\o  
)c `7( nY  
%
i5M77#Z  
PYGRsrcFd#  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Hv2De0W  
- 薄元近似 V$
ps>  
- 分步光束传播方法。 Uu`9"  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 _H5o'>=  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 MdvcnaCG  
 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）。  5~>z h  
/Njd[=B  
7.模拟结果 Q\ 0cvmU  
; #&yn=^  
A<??T[  
8.结论 "hsb8-  
ev*k*0  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 K~R`%r_  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 |&zz,
+E  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。