[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 k$7Kz"  
LTb#1JC  
 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。 THCvcU?X  
 设计包括两个步骤： Gch3|e  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 3 }#rg  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 uCWBM  
 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。 kp)1s>c  
a72L%oJ   
>#.
du}t  
照明光束参数 iE ,"YCK  
99~-TiU  
,v9*|>4  
波长：632.8nm -Ji uq  
激光光束直径（1/e2）：700um V
Zk;{  
vsB3n$2@u  
理想输出场参数 {q);1Nnf  
_2}/rwVg  
Z?eedVV@  
直径：1° B/JMH 1r  
分辨率：≤0.03° }[;r-5}  
效率：>70% M=5hp&=  
杂散光：<20% .&KC2#4  
7U&<{U<  
--7@rxv  
2.设计相位函数 R:44Gv7  
VY!A]S"  
5^2P\y(?  
"@jYZm8  
 相位的设计请参考会话编辑器 ?y[i6yN9  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Z
,,qmwd  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 RAxp2uif  
ipRH.1=  
3.计算GRIN扩散器 *Oh]I|?  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 !F$o$iq  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 <M,=(p{  
 最大层厚度如下： +3R/g@n  
X;dUlSi  
4.计算折射率调制 [](] "r  
<;!#+|L/  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 i%r+/D)KvG  
.H86f !=  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 W3B:)<f  
6lQP+! EF  
9%?a\#C  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 )gxZ &n6  
mk3,ke8  
Qf@ha  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 W;P8'_2Y  
^ `[T0X  
sN/8OLc  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ~<3J9\z1  
}Q;^C  
wQOIUvd  
rJCu6  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 L\t?^u  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 9f3rMPVh(  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 >ti)m >f  
di~ [Ivw  
5.X/Y采样介质 )H*BTfmt  
D.x&N~-  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 4{ED~w|  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Q.l3F3;  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 W!b'nRkq  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 xyi4U(;  
'.t{\  
+)*oPSQ5  
)1Z @}o 9  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 xbZR/!?  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 =O~Y6|  
 应该选择像素化折射率调制。 fa
(-&;q  
L&Pj0K-HT3  
D'"l%p  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 #7naI*O  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 0@}:`OynX  
3^Z@fC  
6.通过GRIN介质传播 xHuw ?4  
nMH:7[x3  
m/aA q8  
D4U<Rn6N_5  
 通过折射率调制层传播的传播模型： E-HK=D&W/  
- 薄元近似 <-=g)3_  
- 分步光束传播方法。 d@+u&xrd  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 'M%uw85  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 g"X!&$
&  
 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）。 z_nY>_L83*  
_5v]69C#  
7.模拟结果 {:`XhPS<B  
mZL0<v
U@^  
.;%`I  
8.结论 =nG>aAG  
_/h<4G6A  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 fOz.kK[]  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 c^}DBvG,  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。