[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 R|jt mI?  
ScgaWJ  
 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。 E^)>9f
7  
 设计包括两个步骤： /Ria"lLv  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 fd{75J5%  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 *Vbf;=Mb  
 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。 J<"=c z$  
XB8g5AxR  
B#>7;xy>  
照明光束参数 ;.O#|Z[  
jujhK'\  
v0D~zV"<y  
波长：632.8nm kq{PM-]l  
激光光束直径（1/e2）：700um 9;\a|8O  
K}vP0O}  
理想输出场参数 \gBsAZE  
kBh*@gf  
1BA/$8G  
直径：1° >FVBn;1  
分辨率：≤0.03° Hwz.5hV"  
效率：>70% +f}u.T_#  
杂散光：<20% 4"om;+\  
DRDn;j  
G^G= .9O  
2.设计相位函数 :7WeR0*%  
nY>UYSv  
gMGX)Y ,=/  
Oc Gg'R7  
 相位的设计请参考会话编辑器 W>+/N4  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 6njwrqo  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 sjZ@}Vk3b  
DOsQVdH  
3.计算GRIN扩散器 K&Sz8# +  
 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。 A~@
u#]]<n  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 U#qs^f7R  
 最大层厚度如下： hT=6XO od4  
bAUruTn
 
4.计算折射率调制 L[D<e?j  
;R_H8vp  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 fEWXC|"  
!kTI@103Wd  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 R_vF$X'Ow  
j>}<FW-N  
e5s=@-[  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 z0jF.ub  
<>Nq]WqA  
7;8#iS/  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 9'My/A0  
;8~tt
I  
;Y^.SR"  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 x%Fy1.  
r(VGdG  
fz[-pJ5[  
tO@n3"O  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 * NB:"1x  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 1
.U9EuI  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 z6Xn9  
Zv"qA  
5.X/Y采样介质 =o+js;3  
>.76<fni  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 i?+>,r@\p  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 (2l?~CaK  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 tLD(%s_  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 \7d T]VV  
W]-c`32~S  
gK6_vS4K)  
uto E}U7]  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ?r%kif)  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 79bt%P  
 应该选择像素化折射率调制。 {SOy-  
gz~)v\5D/  
,K-?M5(n9  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 1UwpLd
  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 iiWm>yy  
}u `~lw(Z  
6.通过GRIN介质传播 Z{ AF8r  
YM`I&!n  
)_H>d<di
 
PX$_."WA  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Yo^9Y@WDW  
- 薄元近似 <`P7^ 'z!  
- 分步光束传播方法。 d>YX18'<Q  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 h%[1V  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 {I9<W'k{  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 Es^=&2''  
7A
6:*  
7.模拟结果 \:pd+8  
#FwTV@  
SU$%nK)  
8.结论 0%b!ARix  
d+iV19#i  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 }%lk$g';  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 D3.$Vl,.  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。