[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 :;9F>?VN>0  
aht[4(XH5  
 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。 K|[*t~59  
 设计包括两个步骤： {N+$Q'  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 @u6B;)'l  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 p
;>ec:z3M  
 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。 %V7at7>o  
cPlZXf  
oG_~q w|h  
照明光束参数 , K~}\CR  
U2W|:~KM  
MDnua  
波长：632.8nm \| 8  
激光光束直径（1/e2）：700um ``hf=`We  
FOE4>zE  
理想输出场参数 Hquc o  
R\!2l|_  
W:pIPDx1=!  
直径：1° #cI{Fe0h  
分辨率：≤0.03° ,s"^kFl  
效率：>70% _9F9W{'  
杂散光：<20% vg32y /l]S  
M/"I2m   
rX2.i7i,  
2.设计相位函数 u. F9g #  
z7fp#>uw  
N5lDS  
*Q "wwpl?  
 相位的设计请参考会话编辑器 $Nhs1st*8  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 p8Qk'F=h  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 *RJG!t*t  
n{argI8wF  
3.计算GRIN扩散器 x??+~$}\*-  
 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。 t.i 8 2Q  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 f.KN-f8<F  
 最大层厚度如下： Ng2twfSl$  
pmyXLT  
4.计算折射率调制 G[uK-U  
&]|?o_p3W  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 TNe l/  
K0|FY=#2y  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 "*e$aTZB\  
2} /aFR  
0z6R'Kjy A  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 V^bwXr4f  
];[}:
f  
7x|9n  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 g}k`o!q  
E Nhl&J  
f@wquG'  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 B"1c  
JcsHt;  
/T0F"e)Ci  
IL#"~D?
  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 m$>H u@Va  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 P~>OS5^  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 3
Ei#q+7  
P64PPbP  
5.X/Y采样介质 ]8_NZHld  
c_$=-Khk  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 l*Gvf_UH  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 $]/{[@5  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 aFX=C>M  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 t&C1Oo}=3  
& p  
*5C7d*'  
;#W2|'HD  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 e5ZX
 
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 JzQ_{J`k  
 应该选择像素化折射率调制。 oM>l#><nq  
X:"i4i[}{9  
n,y ZRY  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ^eY!U%.  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 y@S$^jk.  
k_#ak%m/  
6.通过GRIN介质传播 BO?%'\  
?=Z?6fw  
Y.(PiuG$G  
Uiw2oi&_  
 通过折射率调制层传播的传播模型： XJ;57n-?  
- 薄元近似 G5BfNU  
- 分步光束传播方法。 m]6mGp  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 yLvDMPj  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 2~)`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）。 I3L<[-ZE  
~w+c8c8pW  
7.模拟结果 /l~p=PK  
BA:VPTZq  
y%cP1y)  
8.结论 Z"xvh81P  
z\W64^'"Z  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 Q~ w|#  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 `g=J%p  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。