[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 RzhWD^bB  
l!#m&'16"  
 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。 [ofqG
wpDG  
 设计包括两个步骤： U/lM\3v/e  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 fC}R4f7C  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Y!6/[<r$~k  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。
u*  
mAk{"65V  
vIvVq:6_3  
照明光束参数 l{w#H|]  
??hJEE  
CE15pNss  
波长：632.8nm &[2U$`P`V  
激光光束直径（1/e2）：700um O4<g%.HC6  
G8W#<1LE  
理想输出场参数 Knhp*V?  
iR$<$P5  
p0.|<  
直径：1° &rDM<pO #-  
分辨率：≤0.03° $8l({:*q0  
效率：>70% `[zQf  
杂散光：<20% pf4 ^Bk}e  
{{C`mgC  
9+,R`v  
2.设计相位函数 K;7f?52  
/ug8]Lo0  
B12$I:x`  
EkT."K  
 相位的设计请参考会话编辑器 C@N1ljXJT  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 e&eW|E  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 yGg,$WM  
{b]aC  
3.计算GRIN扩散器 tweY'x.{  
 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。 _WX#a|4h{  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 s<x1>Q7X~  
 最大层厚度如下： 0
iCPi)B  
Gamr6I"K  
4.计算折射率调制 ,fEO> i  
*%Qn{x  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 n6F/Ac:  
R~bC,`Bh  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 Oo?,f
w  
5q@LxDy,b  
7j5f ;O^+  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 E2GGEKrW  
SPj><5Ro  
\U%#nU{  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 _wb0'xoK"  
MH|]\  
z}SND9-"  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 d@mo!zu  
,_!6U  
cYNJhGY  
wix5B@  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 i` A
  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 =TR,~8Z|  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 eUS  
AvR2_  
5.X/Y采样介质 l0*
Gb  
T5wjU*=IL  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 4LI0SwD#^/  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 n{*e 9Aw  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 +@X5!S6  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 [fu!AIQ
s  
ctQbp~-  
wLuv6\E  
XwM611  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 elJ)4Em  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 `h;k2Se5  
 应该选择像素化折射率调制。 o6"*4P|  
wHz?#MW 3L  
nW\(IkX\  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 lA>\Ko  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 5p?
!ni9  
4X NxI1w)  
6.通过GRIN介质传播 m9M FwfZ  
c*\<,n_  
jdevat,&u  
K|W^l\Lt  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ;??ohA"{5  
- 薄元近似 OLq 0V
3m  
- 分步光束传播方法。 p]W+eT  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 n)8Yj/5  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 6FfOH<\z6i  
 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）。 ETv9k g  
5IVks
g  
7.模拟结果 v4?iOD  
Q/_[--0&#  
(k-YI{D3  
8.结论 kL@Wb/K JP  
gL$&@NY  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 5,+\`!g  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 h -_&MD/J  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。