[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 AamVms  
ZEYgK)^  
 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。  )>D+x5o]  
 设计包括两个步骤： 9}
B`uJ  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 b 1&i#I?{  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 `@i5i((  
 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。 ]"c+sMW  
tO_H!kP  
Y(\T- bI  
照明光束参数 :'aAZegQY  
LZ@|9!KDw  
iHf-{[[Z  
波长：632.8nm SuZ&vqS  
激光光束直径（1/e2）：700um ;['[?wk  
6t/`:OZC:  
理想输出场参数 OD Ur  
.^$YfTabq  
!v]b(z`Y  
直径：1° <p;k)S2J  
分辨率：≤0.03° %4\
OPw&  
效率：>70% [m+iQVk'  
杂散光：<20% zI~owK)%Z  
1FtM>&%4  
n.hv!W0  
2.设计相位函数 ~}K5#<  
\c[IbL07  
]|_\x
O(  
CF|]e:  
 相位的设计请参考会话编辑器 DF6c|  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 OT^%3:
zg  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 i&8FBV-  
fQLt=Lrp  
3.计算GRIN扩散器 y8VpF
a  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 <o2r~E0r3  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 >;z<j$;F<  
 最大层厚度如下： fF*`'i=!  
KJE[+R H+z  
4.计算折射率调制 ]pEV}@7  
3D9!M-  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 Bx[rC  
v#=`%]mL  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 `
Q+moX  
>:=|L%]s;\  
K/ &?VIi`z  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 H A}f,),G  
B*htN  
:|o<SZ  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 #k3t3az2{  
!L5jj#0  
vd`}/~o  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 t>B^q3\q?  
8Ry7
4|`=R  
EkT."K  
C@N1ljXJT  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 k%[3Q>5iM  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 y]%w)4PS  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 +l^LlqA  
"l={)=R  
5.X/Y采样介质 :a:[.  
W&h[p_
0  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 +7Kyyu)y@  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Hn,:`mj4-6  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 )pw&c_x  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 T^Ab!O  

,2oF:H  
bYe;b><G  
BF{w)=@/'  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 = sAn,ri  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 D .vw8H3  
 应该选择像素化折射率调制。 [nxE)D  
)a}"^1  
K; FW  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 > Oh?%%6  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ozsxXBh-`'  
H1!iP$1#V  
6.通过GRIN介质传播 T+LJ*I4  
.@iFa3  
\qsw"B*tv`  
Es5  
 通过折射率调制层传播的传播模型： c= UU"  
- 薄元近似 \3Oij^l0  
- 分步光束传播方法。 L.6WiVP)  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 >#+IaKL7  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 4Z[V uQng  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 -ZW0k@5g  
T5wjU*=IL  
7.模拟结果 SFH-^ly&D  
#G9 adK5  
Z,N$A7SBE  
8.结论 ^"8G`B$r  
df+t:a  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 &PcyKpyd  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 mq/zTm  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。