[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 H;{IOBo  
4@r76
v}{  
 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。 ToR@XL!%rP  
 设计包括两个步骤： sWv!ig_  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 Z;~7L*|  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 !xvAy3  
 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。 OF/hD2V  
O;+ sAt  
{H3B1*Dk  
照明光束参数 1+9!
W  
21[=xboU  
Y^tUc
Bm\  
波长：632.8nm {PKf]m  
激光光束直径（1/e2）：700um QD^q\9U[  
46U*70  
理想输出场参数 LK+67Y{25  
(f;.
`W  
. ZP$,  
直径：1° {t!Pv2y<  
分辨率：≤0.03° ^cCNQS}r  
效率：>70% TeRH@oI  
杂散光：<20% 9#E)H?`g  
NA=m<n#  
xX.kKEo"d  
2.设计相位函数 b_f"(l8'S  
Q zp!)i  
_B0C]u3D  
[<WoXS1LX  
 相位的设计请参考会话编辑器 k)R~o b  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 xnxNc5$oE  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 RTr"#[  
f4Ob4ah!(  
3.计算GRIN扩散器 *k@D4F ruP  
 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。 :.u2^*<  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 _+,>N
J  
 最大层厚度如下： 3  $a;  
|$g} &P8;  
4.计算折射率调制 _Kbj?j  
OXnTD!m>{  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 N}nE?|N=5  
'<$*N  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 /ke[nr  
TE:|w Xe  
m48Ab`  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 YJ|U|[
 
5Q\ hd*+g  
"U/yq
 
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 6^lix9q7  
B=~uJUr  
CB#B!;I8v  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 =]S,p7*7  
(/FG#D.  
.03Rp5+v  
&?}A/(#  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 5O;D\M{>  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 my0
iE:  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Xzl$Qc  
a"`>J!  
5.X/Y采样介质 ](FFvqA  
axOEL:-|Bu  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 Ckc5;:b&m  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 [^W +^3V  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 H%>^_:h  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 A/{!w"G  
3 .K #,  
[N#4H3GM8  
;2$0j1>  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ra2{8 x  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 IJVzF1vC  
 应该选择像素化折射率调制。 B*t1Y<>x  
HYL['B?Wid  
m>
RtKCtP  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 w ^?#xU1.i  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 FmFjRYA W  
z{&z  
6.通过GRIN介质传播 pXvys]@  
T$<yl#FY  
Q7-iy  
x6^Y&,y9kU  
 通过折射率调制层传播的传播模型： CI-1>= "OE  
- 薄元近似 `<kB/T  
- 分步光束传播方法。 r*dNta<  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 *
;xGH  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 uEf=Vj}G  
 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）。 ^!x! F  
3y,2RernK  
7.模拟结果 pmOUl 8y4  
mHV{9J  
evpy%/D  
8.结论 jgS
3#  
p<zeaf0W  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 t\}_WygN  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 3=^)=yOd  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。