[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Iu%^*K%  
J@gm@ jLc  
 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。 1yJ75/  
 设计包括两个步骤：
0<3E  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 !G[f[u4Zg  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 T
H>,v  
 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 x_!+}  
^vG=|X|)c  
ZIe+  
照明光束参数 Q!`)e@r  
6N?#b66  
hd8B0eD'  
波长：632.8nm ^8Z@^
M&O"  
激光光束直径（1/e2）：700um ~;!BDLMC6  
R)Q/Ff@o0  
理想输出场参数 U Q)!|@&  
.Nk}Z9L]k  
},v&rkwR  
直径：1° G"{4'LlA  
分辨率：≤0.03° e) ]RA?bF  
效率：>70% W oWBs)E  
杂散光：<20% a^(2q{*  
i`R(7Z  
N6WPTUQ1mF  
2.设计相位函数 z>7=k`x`:  
]I8]mUiUH  
WqR7uiCi  
*.:!Ax  
 相位的设计请参考会话编辑器 27Cz1[oX  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 [z^Od  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ~Po\ En  
2G ZF/9}  
3.计算GRIN扩散器
k~{Fnkt  
 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。 O/(3 87=U  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 e
~3]/BL  
 最大层厚度如下： 40R"^*  
s:3aRQ%  
4.计算折射率调制 Qg[heND  
>CH  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 1E8$% 6VV  
t?KUK>>w  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 QjI#Cs}w  
u2Y N[|V  
o T:j:n  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 CcBQo8!G  
W8< @sq~I  
JR])xPI`  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ~KJ,SLzhx9  
ZTr:xX{R6  

hK Fk$A  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 DE'Xq6#PK  
h|K\z{ A  
:DDO=
 
K*TnUQ  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 *+NGi(N  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 keae.6[  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 u$apH{  
L7X7Zt8%  
5.X/Y采样介质 "v@);\-V  
4A;[sm^f  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 4tbw*H5!5  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 u
.$Ym
  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 cZ6?P`X  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 )t*S'R  
G}182"#4  
$[)6H7!U)  
~u};XhZ  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 B.V?s,U  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 joxS+P5#  
 应该选择像素化折射率调制。 su,`q  
Y,3z-Pa=@  
cR,'o'V/  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 c]GQU  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 {k kAqJ  
r5D jCV"  
6.通过GRIN介质传播 :uOZjEZi  
&\JK%X.Jlt  
wYZye^7  
W,xi>5k  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ll^Th >  
- 薄元近似 r3n=<l!Jr  
- 分步光束传播方法。 j kSc&  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 W/#KX}4  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 f+*J ue  
 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）。
`)0Rv|?  
!y.ei1diw  
7.模拟结果  `2Wl  
3"^a rK^N  
!x`;>0  
8.结论 h=uiC&B  
l R:
Ok8e  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。
qlz( W  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 AQE eIFH  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。