[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 MJ^NRT0?b  
OM5"&ZIZb  
 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。 k{>rI2;  
 设计包括两个步骤： kb<Nuw  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ;!U`GN,tH  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 '~i;g.n=}-  
 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。 5HP6o  
&Npv~Iy  
It,m %5 Py  
照明光束参数 .])ubK
_9  
n]
I_LlbY  
ZAe>MNtW  
波长：632.8nm 3\FPW1$i|[  
激光光束直径（1/e2）：700um fF!Mmm"  
Gw3eO&X3i  
理想输出场参数 m[&]#K6  
A-gNfXP,D  
9hG)9X4  
直径：1° WtF  
分辨率：≤0.03° envu}4wU=e  
效率：>70% %jEdgD%xV  
杂散光：<20% S%n5,vwE  
5P_%Vp`B2  
O)C y4[  
2.设计相位函数 a x1  
Di{T3~fqU  
rQT@:$)  
H|>dF)%pj  
 相位的设计请参考会话编辑器 l<  8RG@  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 l{wHu(1  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。  Qj(q)!Ku  
\M^L'Mkj  
3.计算GRIN扩散器 w6>'n }  
 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。 S N_!o2F2  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ]F5?>du@~
 
 最大层厚度如下： e|Iylv[3  
UP=0>jjbn:  
4.计算折射率调制 \IY)2C<e  
q%8%J'Fro  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 -E~pCN(E  
b*=eMcd  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 dK|6p_  
HrQBzS  
]0P-?O:  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 w^tNYN,i  
[su2kOX|X  
,[enGw  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 @f442@_4  
w J FEua  
"l~wzPY)  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ,Zs:e.  
68 d\s4  
!7ct=L  
# JHicx\8l  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 aRg/oA4}  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 @? 4-  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 oLVy?M%{P  
y BF3Lms  
5.X/Y采样介质 W6f?/{Oo8  
&UH .e  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 u '-4hU  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 =*0<.Lo':  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 E/x``,k  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 `Q?rQ3A}  
-U;2 b_  

4UD7!  
B6&PYMFK?*  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 <i34;`)b  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 a$!|)+  
 应该选择像素化折射率调制。 fR<_4L  
V&82U w  
EjLj5Z/q  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 "w] Bq0  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 O'y8[<  
xab1`~%K  
6.通过GRIN介质传播 $p@V1"x  
/Zw^EM6c  
,Cx @]]  
m~"<k d  
 通过折射率调制层传播的传播模型： EGWm0 F_  
- 薄元近似 ]5W|^%  
- 分步光束传播方法。 l<I.;FN^9@  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 v-u53Fy  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 |fX @o0H  
 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）。 @]ydWd  
SQ7Ws u>T@  
7.模拟结果 3u+A/  
lA}(63j+b  
u*:B 9E  
8.结论 Z{"/Ae5]  
F|\^O[#R  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 kGm-jh  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 tA'O66.  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。