[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 {pV\]E\]  
:jJ;&t^^  
 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。 ?$ft3p}  
 设计包括两个步骤： 0`LR!X  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 8RA]h?$$J  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 8|Q=9mmWOh  
 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。 n!Ic.T3PA  
yFD3:;}  
^PNE6  
照明光束参数 t#fbagTON  
y@T0 jI  
^:Mal[IR  
波长：632.8nm }!&Vcf  
激光光束直径（1/e2）：700um )&nfV5@"  
k\ 2.\Lwb  
理想输出场参数 q&:UP  
z'W8t|m}Pb  
6>fQe8Y  
直径：1° H}nPaw]G  
分辨率：≤0.03° xw>\6VNt  
效率：>70% @hb K  
杂散光：<20% 8zOoVO  
Epl\(  
cE|Z=}4I7  
2.设计相位函数 75^U<Hz-3{  
&=KNKE`  
2;v1YKY  
;Nd,K C0k  
 相位的设计请参考会话编辑器 <kmH^viX  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 bzl-|+!yB  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 (3_m[N\F  
,?3)L   
3.计算GRIN扩散器 37F&s  
 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。 h@^d Vg  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 1+{V^)V?  
 最大层厚度如下： e hgUp =  
~!PaBS3A  
4.计算折射率调制 *(?tf{  
]1^F  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 &ody[k?'  
q2pq~LI  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 k|r+/gIV  
LE'8R~4.<  
$GMva}@G`  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 `veq/!  
k)a3j{{  
f3p)Q<H>`(  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 2i4&*&A  
Uyuvmt>  
;P
A^.RB  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 q#6K'
=AC  
Y*KP1=Md  
@[s+5_9nk  

cD6T4  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 Jtv~
n  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 *!wBn  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Hy*_4r  
k>'c4ay290  
5.X/Y采样介质 IHrG!owf  
/_?y]Ly[r  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 av!'UZP  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 nXg:lCI-uu  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 J/{!_M-  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 )[Bl3+'  
x=7qC#+)  
<*vWcCS1  
*oW^P~m/  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 #cF ?a5  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 iVQ)hsW/  
 应该选择像素化折射率调制。 3lw8%QD>  
s^QXCmb$8  
s4&JBm(33N  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 1pDL()t  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 v=Y) A?  
F s{}bQyQ  
6.通过GRIN介质传播 O^_$cq  
d*===~  
NmH:/xU?^  
jW!x!8=  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ]6*+i$  
- 薄元近似 Y
qz B="  
- 分步光束传播方法。 50?5xSEM0_  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ,iy;L_N  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 FL/395 <:  
 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）。 XSv)=]{  
03$lgD
Q  
7.模拟结果 ;"1  
4_i6qu(4  
zNo(|;19  
8.结论 ]CnqPLqL  
H+O^el  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 >+3tOv3:  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 %ylpn7I\6  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。