[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 e/7rr~"|  
k)3b0T@b  
 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。 !:]/MpQ ?  
 设计包括两个步骤：
?&`PN<~2z  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 [QwBSq8)  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Exb?eHO  
 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。 rSgOQ  
ngt?9i;N  
V}Ok>6(~  
照明光束参数 MdC}!&W  
ts:YJAu+F  
qWdob>u  
波长：632.8nm 3(oB[9]s  
激光光束直径（1/e2）：700um |j2$G~B6  
$etw'c0  
理想输出场参数 5!s7`w]8*0  
g1H$wU3eu  
.A Dik}o  
直径：1° W" i3:r  
分辨率：≤0.03° <"hq}B  
效率：>70% S4Q fx6:~h  
杂散光：<20% (rieg F  
T5_/*`F  
20,}T)}Tm  
2.设计相位函数 Op_(10|  
WvoJ^{\4N*  
!h
ugn6  
H3xMoSs  
 相位的设计请参考会话编辑器 3j6Am{9  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 "$I8EW/1  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ,%T sfB  
`C&@
6{L  
3.计算GRIN扩散器 ii5dTimRJ  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 f q&(&(|  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ]<BT+6L  
 最大层厚度如下： cK1 Fv6V#  
|W\U9n  
4.计算折射率调制 M:*)l(  
;S?ei>Q  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 e
9;5.m  
zq'KX/o  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 8b:GyC5L  
XY,!v
LjL  
7
PbwCRg  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 (:>Sh0.  
Rd;^ fBx  
gl~9|$ivj>  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 |/%X8\  
zXW)v/ ZD  
`D? &)Y  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 gX~lYdA  
{Rz(0oD\  
EX/{W$ &K  
&9ERlZ(A  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 {%D4%X<  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 G.:QA}FE'  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 aeE~[m  
ew&"n2r  
5.X/Y采样介质 w\1K.j=>|N  
T2}X~A  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ^4C djMF-E  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Oh3A?!y#  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 !PfdY&.)  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 0V+v)\4
FE  
4vi[hiV   
Z_4|L+i<{  
.|i/ a%J  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 h,ipQ>  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 J
|u_45<  
 应该选择像素化折射率调制。 EvptGM  
r<[G~n  
BUUc9&f3o  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ^g=j`f[T  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 =J`M}BBx  
i|x
C#hV  
6.通过GRIN介质传播 ub]s>aqy   
%-L T56T  
bh+m_$X~  
l\
37/Z  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ~?Zm3zOCc2  
- 薄元近似 fLZ99?J  
- 分步光束传播方法。 <q`|,mc  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 c#Qlr{ES  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 S])*LUi  
 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）。 `(xzCRX  
<m> m"|G  
7.模拟结果 ))6YOc  
$U"pdf  
J;N\q  
8.结论 L0qL\>#ejr  
-Np}<O`./  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 S;tvt/\!Z  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 P1&Irwb`  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。