[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Ou1kSG|kM  
}`L;.9  
 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。 "1gIR^S%9  
 设计包括两个步骤： 8d*S9p,/  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 m u9,vH  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 gN}$$vS  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 drAJ-ii  
(.$$U3\  
[,Ul
 
照明光束参数 _i ztQ78  
C5(XZscq  
M%:\ry4:  
波长：632.8nm Y"t|0dO%b  
激光光束直径（1/e2）：700um |\Gkhi>;  
B4un6-<i  
理想输出场参数 t?&;   
J <z ^C  
#^RIp>NN9  
直径：1° 1CJ1-]S(3  
分辨率：≤0.03° O_ r-(wE4  
效率：>70% dUB;ZB7  
杂散光：<20% YN)qMI_`A  
oTvg%bX  
Jhj ]`$J  
2.设计相位函数 IgJG,!>h  
\GHj_r  
n=b!c@f4  
/QS Nv  
 相位的设计请参考会话编辑器 }{:Jj/d p  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Ew]&~:$Ki  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 G-D}J2r=F  
X7*ossv  
3.计算GRIN扩散器 WMKxGZg"  
 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。 I.t)sf,  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 %l%ad-V  
 最大层厚度如下： {6LS$3}VM  
lrPIXIM  
4.计算折射率调制 q !}~c  
wy|b Hkr_  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 X%I@4 B7Ts  
!*DYdqQ/  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 w:I!{iX
  
-AL^  
%a8e_  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ,V!Wo4M  
Bs3&yEq(  
= <A0;  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 "WY5Pzsi:  
~W"@[*6w  
Z!q$d/1  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 j<WsFVS  
u=PLjrB~}  
Q-iBK*-w  
c;KMox/  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 wtL=^  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 owa&HW/_  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 g9Dynm5  
1e9~):C~W  
5.X/Y采样介质 (3K,f4S@  
kxrYA|x  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 AH#a+<;a  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Bvj  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 _^?_Vb  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 {qSMJja!t  
8YPX8d8u  
o]]tH  
_`*G71PS  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 K{Nj-Rqd  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 D0_CDdW%7  
 应该选择像素化折射率调制。 Dm?:j9o]g  
Jzp|#*~$E  
iu0'[  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 vytO8m%U  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 wKpD++k  
h8k\~/iJ  
6.通过GRIN介质传播 .2|(!a9W  
UZ-pN_!Z:  
vEE\{1  
mWP&N#vwh  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Q`O~f<a  
- 薄元近似 P=P']\`p+  
- 分步光束传播方法。 .f[z_%ar  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 `.~*pT*u  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 @5??`n  
 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）。 1JOoICjB  
!u:;
Ew  
7.模拟结果 `PLax@]2  
C%%gCPI^y  
i}f"'KW  
8.结论 0Bkc93  
l"h6e$dP  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 7uu\R=$  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 V<}chLd,  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。