[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 D
r9 ?2  
7 ua6l[c  
 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。 m"9XT)N  
 设计包括两个步骤： 8V-\e?&^  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 2nFy`|aA%  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 fN "tA  
 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。 lI/0:|l  
4"vaMa  
gs W0  
照明光束参数 }N*>QR5K  
=9LC<2  
CZEW-PIhj  
波长：632.8nm lZQ/W:OE  
激光光束直径（1/e2）：700um s6}Xt=j  
sK 2 e&  
理想输出场参数 h)v^q: ='  
1KYN>s:  
4{qB X?  
直径：1° dxj*Q "K  
分辨率：≤0.03° 0q9>6?=i  
效率：>70% 'lS`s(  
杂散光：<20% s(_+!d6  
9Z6C8Jv  
3qQUpm+  
2.设计相位函数 .]|Zf!>}s  
7rHS^8'H&  
V5D`eX9  
5=KF!?  
 相位的设计请参考会话编辑器 Y1dVM]l  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 *wV[TKaN  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 L"<B;u5pM  
$A$@|]}p  
3.计算GRIN扩散器 y)F!c29  
 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。 )uLr?$qe  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 &&L"&Rc  
 最大层厚度如下： =raA?Bp3;(  
Yn9j-`  
4.计算折射率调制 \nqo%5XL  
X;!D};;M  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 &D#+6M&LK{  
Z v0C@r  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 dZGbC9  
 l>v{  
Vj; vo`T  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 s T3p
>8n  
(3*UPZv  
'9J|=z9.  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ^^(<c,NX#M  
*(cU]NUH_  
sygH1|f  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 WP-jtZ?!"  
&k T"oK  
v6e%#=  
qvt-  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 LEh)g[  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 #Nte^
E4  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 nj\_lL+  
%B EC] h  
5.X/Y采样介质 0zqj0   
Vos?PqUi 4  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 @XOi62(  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 hbuZaxo<  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 OR+A_:c.D  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。
z^sST  
${U6=  
J-J3=JG  
dDKqq(9(`  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Rq7p29w  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 #Y[H8TW  
 应该选择像素化折射率调制。 /BH.>R4`A  
015Owi  
a]1i/3/  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ;mO,3dV  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 7unA"9=[4V  
qmmv7==  
6.通过GRIN介质传播 gJ\%>r7h  
q|q::q*  
p q
-!WQ  
'7nJb6V,0l  
 通过折射率调制层传播的传播模型： FU@uH U5fd  
- 薄元近似 (Cj,\r  
- 分步光束传播方法。 v`{:~q*  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 GhnE>d;i  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 8wiA  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 KCXwn  
0&`}EXe<f  
7.模拟结果 *d l"wH&  
5fHYc0  
Zd>ZY,-5  
8.结论 `=!p$hg($  
rrQ0qg  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 `I>], J/  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 6=>7M b$  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。