[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 p"EQ6_f  
#9uNJla
 
 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。 9E~=/Q=  
 设计包括两个步骤： FWcE\;%yVg  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 6a51bj!f  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 cl:h'aG  
 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。 }w^Hm3Y^&  
p3>p1tC  
s ki'I  
照明光束参数 =S7Xj`/  
9;KQ3.Fa}q  
h BD .IB  
波长：632.8nm musZCg$  
激光光束直径（1/e2）：700um *o <S{  
]JF>a_2wG  
理想输出场参数 M|nTO  
feSd%  
xsn2Qn/P  
直径：1° Ry
9kGdqO  
分辨率：≤0.03° p(
o"K@I  
效率：>70% 1\K%^<QY  
杂散光：<20% ZqH.$nXP  
8i"v7}  
w;+x g  
2.设计相位函数 Tl>D=Vnhh  
`5,46_  
|Xz-rgkQ  
[vCZoG8+>  
 相位的设计请参考会话编辑器 \2F{r<A\@  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 o6L\39v_  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 KG7~)g  
ObJgJr  
3.计算GRIN扩散器 r$<-2lW  
 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。 *9Eep~ 6  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 wj$l 093  
 最大层厚度如下： ,`kag~bZ  
!0i6:2nw  
4.计算折射率调制 W>$2BsO  
g{0a]'ph  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 4h% G %>j  
5eS0 B
{,c  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 {yFCGCs  
IkW8$>  
V?pqKQL0  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 zY_?$9l0  
,i0Dw"/u  
C]/]ot0%t  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 39Nz>Nu:
 
i"
0]L5=P  
&!Sq6<!v2  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 !j8.JP}!)  
(@wgNA-P  
DAYR=s  
.tRp  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 -;T!d  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ITpo:"X g  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 LdAWCBLS  
I$yFCdXr  
5.X/Y采样介质 e'"2yA8dh"  
`4GEq2%  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 zoh%^8?o  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。  al#BfcZW  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 !Q/oj Q  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 R -#40  
w8(8n&5  
@q(sig00nr  
UQ[!k 6  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 0[\sz>@  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 S1d^mu  
 应该选择像素化折射率调制。 ,#/%Fn%T  
Ufw_GYxan  
]{.iv_I  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 D5Z@6RVt  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 E}qW'  
*P:!lO\|  
6.通过GRIN介质传播 As}3VBd  
/-FvC^Fj  
#3~#`&  
r$Gz  
 通过折射率调制层传播的传播模型： }Mv$Up  
- 薄元近似 |XGj97#M  
- 分步光束传播方法。 @XJzM]*w&  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 =\ek;d0Tqb  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 '?gF9:  
 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）。 eE=}^6)(*  
v~B "Il  
7.模拟结果 U))2?#  
V7S[rI<<r  
FN+x<VXo(  
8.结论 &eA!h  
w%2|Po5  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 /s~(? =qYH  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 4{v?<x8  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。