[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 BUU ) Sz  
znNv;-q  
 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。 w!/|aZ~*  
 设计包括两个步骤： f"d4HZD^  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 uE&2M>2  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 RsnFjfb'  
 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。 Vee;&  
`m\l#r2C  
tybM3VA  
照明光束参数 VRvX^w0  
otJHcGv  
Rqun}v}  
波长：632.8nm B0ZLGB  
激光光束直径（1/e2）：700um ;
f~z_3g  
zF_aJ+i:~  
理想输出场参数 ($s%B  
=f=,YcRn+  
sXR}#*8p  
直径：1° -3Auo0  
分辨率：≤0.03° 3.?B')  
效率：>70% jHM}({)-  
杂散光：<20% --g?`4  
Ov|Uux  
q Qc-;|8  
2.设计相位函数
XO"BEj<x  
m*\XH DB  


G/?j$T  
IK|W^hH\8  
 相位的设计请参考会话编辑器 I#GsEhi  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 d>jRw  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 V>B*_J,z.  
gpe-)hD@R  
3.计算GRIN扩散器 }OLBEhGs  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 %( o[Hsl  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 a+p_47 xa  
 最大层厚度如下：
q-nM]Gm  
/rmm@  
4.计算折射率调制 D(^ |'1  
a3(q;^v  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 =ms o1  
S0-/9h  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 UZ3oc[#D=]  
te8lF{R  
U\`H0'  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 X?Z#k~JR  
[iT#Pu5  
6>;dJV  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 N!#TK9  
/b~|(g3
1"  
9lCZi?  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 4XsKOv  
ZHW|P  
`DcZpd.n  
bF{14F$  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 'CC;=@J  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 pm~uWXqxr=  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 _9Y7.5  
o 2sOf  
5.X/Y采样介质 ^q ?xi5w  
7s-ZRb[)1  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 vW:XM0  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 {Tym#  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 ZsikI@?  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 +x"cWOg  
Lv`NS+fX  
,6FmU$ Kn  
K\]I@UTwq  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 rezH5d6z62  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 C!r9+z)<  
 应该选择像素化折射率调制。 sVJwe\!  
'dTg\ Qv  
FD*w4U5  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 "vnWq=E2  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ^@0-E@ {c  
0/Wo":R:  
6.通过GRIN介质传播 /\&Wk;u3  
"O,TL*$  
_N-JRM m<  
]jL`*tI\S  
 通过折射率调制层传播的传播模型： I%<,JRAV  
- 薄元近似 'WW['  
- 分步光束传播方法。 @hE$x-TP0  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 y $K#M  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 b#<@&0KE  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 0Zv<]xO  
:Sj r  
7.模拟结果 ZHku3)V=o  
M)oJ06`K  
!@<>S>uGG  
8.结论  EL[N%M3  
VD*xhuy$k  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。  ^?3e?Q?  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。
#FfUkV  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。