[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 oC>J{z  
O%\cRn8m  
 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。 KoNu{TJ  
 设计包括两个步骤： /"?DOsJ.  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 b/:wpy+9Z  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 }^Q:Q\  
 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。 (b f IS  
zFExYYd   
Hb
A/~7  
照明光束参数
. &j
+&  
z eT`kZ  
-9t"
$)&  
波长：632.8nm Tt)z[^)%  
激光光束直径（1/e2）：700um {V QGfN  
]A=\P,D  
理想输出场参数 OA3J(4!"W  
mEd2f^R  
'l.tV7  
直径：1° W34xrm  
分辨率：≤0.03° H u;"TG  
效率：>70% !2Nk  
杂散光：<20% Deh3Dtg/
k  
+zMPkbP6  
|z=`Ur@)  
2.设计相位函数 J#Hh4Kc  
Jf
N5#+_i  
H1kI+YJ@  
[G|.  
 相位的设计请参考会话编辑器 uxU-N  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 5 qfvHQ ~M  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ~o^|>]  
fAULuF  
3.计算GRIN扩散器 hI86WP9*  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 J.1c,@  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 TI7$
J#  
 最大层厚度如下： 1z6aMd6.  
KNAvLc
g  
4.计算折射率调制 N3L$"g5^  
Z
xnPSA@%  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 _ 
Lh0  
Df4O~j$U"s  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 kBR=a%kG  
['}|#
3*w  
<J;O$S  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 |:R\j0t  
:.+w'SEn4M  
eVfD&&@  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ZwMVFC-d  
kS-BB[T  
CqnHh@]nu  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 >j=ZB3yZ  
~DK.Y   
.4CDQ&B0K  
oDA'$]UL  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 3HrG^/  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 SiaNL:  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 0vqH-)}  
u;q Q/Ftb  
5.X/Y采样介质 MeBTc&S<  
7He"IJ  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 K]m#~J3d>  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 mw
5>[  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 `VwG]2 I  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ,'(|,f42  
b;QgL_w  
W8g13oAu"  
5_!L"sJ  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 eQ[akVMk  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 MM32\}Y6  
 应该选择像素化折射率调制。 V4Rs  
R1LirZlzJ  
F7=9> ,  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 `C>h]H(  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 $=plAi  
*,X)tZ6VX  
6.通过GRIN介质传播 %DiQTg7V,  
Wm
d@%K  
R9A:"sJ  
2`]c&k;]  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ELwXp|L  
- 薄元近似 \2/X$x<?X  
- 分步光束传播方法。 Vl1.]'p_  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 z#Jw?K_  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 i`@cVYsL  
 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）。 P[
o"%NZ'  
!6|_`l>G,  
7.模拟结果 2*D2jw  
PJB_"?NTTC  
rwDLBpk  
8.结论 )$^xbC#j`3  
w]MI3_|'r(  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 HCOsVTl,  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 H,KH}25  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。