[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 J"0`%'*/  
lt/1f{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。  {y)=eX9  
 设计包括两个步骤： ]}V<*f  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 M`0V~P`^  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 =7?4eYHC  
 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。 ?al'F q  
ko!)s  
1a/++4O.|  
照明光束参数 0Fq} N  
v_yw@  
irZ]
)a  
波长：632.8nm D ;RiGW4  
激光光束直径（1/e2）：700um Mc)}\{J  
W<'m:dq  
理想输出场参数 zOJ%}  
&1Ok`_plO  
VMZMG$C  
直径：1° B.=FSow  
分辨率：≤0.03° 11NQR[  
效率：>70% 82+r^t/.  
杂散光：<20% M*0]ai|;  
7 W5@TWM  
-uS!\  
2.设计相位函数 Zj(AJ*r  
x5pdS:  
#`^}PuQ  
;[ZEDF5H  
 相位的设计请参考会话编辑器 @@f"%2ZR[  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 yWmJ~/*lG  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 0S"mVZ*P  
KR}?H#%  
3.计算GRIN扩散器 KS+'|q<?w  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 
U4'#T%*  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 poE0{HOU  
 最大层厚度如下： & l<.X  
=nHUs1rKn  
4.计算折射率调制 i$Ul(?  
,~U>'&M;  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 H_7/%noS
5  
gb1V~  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 }:zE< bK  
iqsCB%;5  
RHW]Z Pr<  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 X0HZH?V+  
phXGnm  
h4gXvPS&r  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 : $1?i)  
M/f<A$xx_  
E_rI?t^  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 &ANf!*<\E  
.^`{1%  
T=DbBy0-  
fgTg7 m  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ~ah~cwmpS  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 LENq_@$  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 w{8xpAqm  
NWESP U):w  
5.X/Y采样介质 J3V= 46Yc  
,L2ZinU:  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 n`_{9R  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 3DX*gsx(  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 8Al{+gx@?  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 n&4N[Qlv,  
^LnTOdAE  
l'rja.\  
#lo6c;*m5  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 6Igz:eX  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 2QcOR4_V  
 应该选择像素化折射率调制。 5DU6rks%
 
eS^7A}*wd-  
lN)C2
2  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 n+9=1Oo"  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 R_cA:3qc~  
tKuwpT1Qc  
6.通过GRIN介质传播 J1U/.`Oy  
)r?}P1J7  
EWhK0Vej=  
HyQJXw?A:  
 通过折射率调制层传播的传播模型： \.{$11P#  
- 薄元近似 D/gw .XYL  
- 分步光束传播方法。 C==hox7b  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 hh%-(HaLX3  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 xIW3={b3  
 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 clQ  
79j+vH!zh  
7.模拟结果 p`dU2gV  
Et_bH%0  
PdFKs+Z`  
8.结论 EJ.SW5  
2jItq2.>  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 2zA4vZkbcw  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 p4rL}Jm&  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。