[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 40ZB;j$l  
7 {<lH%Tn  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 r4zS,J;,  
 设计包括两个步骤： Kj5f:{Ur  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 MeS$+9jV(  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 \`x'g)z(i  
 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。 `Nr7N#g+u  
zW.sXV,  
} 4^UVdz  
照明光束参数 iDN,}:<V  
,iy   
zD|W3hL2&  
波长：632.8nm |-<L :%  
激光光束直径（1/e2）：700um jz0\F,s  
3~'F^=T.Y  
理想输出场参数 ?a(3~dh|  
.? /J  
p^!p7B`qe.  
直径：1° :r=_\?  
分辨率：≤0.03° 0:p#%Nvg  
效率：>70% nrS_t y  
杂散光：<20% a#=-Aj-  
Uk4">]oct  
ozG:f*{T  
2.设计相位函数 tp
&iOP6O  
,)G,[ih  
`$HO`d@0*R  
rG6/h'!|  
 相位的设计请参考会话编辑器 p IToy;]  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 \h4y,sl  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 L&%iY7sC`  
+V^_
ksi\  
3.计算GRIN扩散器 29oEkaX2o  
 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。 V}?5=f'  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 wr(?L7 $+  
 最大层厚度如下： &rubA  
:z7!X.*  
4.计算折射率调制 !T)>q%@ai  
5**xU+&  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ~r3g~MCHS  
We2=|AB  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 I6_+3}Hm{  
lVHJ}(<'p  
FqfeH_-U  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 )g9qkQ8q  
-u{:39y{n  
ikC;N5Sw  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 !RI&FcK  
@,vSR
ns  
%qMk&1  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 "fdG5|NJe  
V'B 6C#jT  
@B6[RZ
R  
;N|6C+y  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 l3,|r QD  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 !*;)]j  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ak zb<aT  
vjb{h'v  
5.X/Y采样介质  <_~`)t  
qM)^]2_-  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 5ym =2U  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ej~ /sO  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 ofJ@\xS  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 \;]~K6=  

(`&g  
_z;N|Xe  
c72/e7gV  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 g?ft;kR6S  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 Xs`/q}R  
 应该选择像素化折射率调制。 oKU
JB.PF  
01J.XfCd6  
t0Uax-E(  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ty ~U~  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 <M=K!k  
8
miIlB  
6.通过GRIN介质传播 *m2:iChY  
UX6-{ RP  
E?V:dr  
rfk';ph  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Lt)t}0  
- 薄元近似 "2)T=vHi#  
- 分步光束传播方法。 wS4zAu  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 : v]< h  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 MkQSq MU=  
 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）。 [30< 0  
wXP1tM8T  
7.模拟结果 qz 'a.]{=  
n`6vM4rM)  
z~F!zigNAc  
8.结论 qhogcAvE  
bAgKOfT  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ?/;<32cE,  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 -C\m'
T,1  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。