[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 ){u/v[O9"  
a^U)2{A*f  
 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。 \yIan<q  
 设计包括两个步骤： IQ$cLr-S  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 `Ap<xT0H  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 YueY
a#7z  
 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。 u@V|13p<  
8|5ttdZ  
F}/tV7m  
照明光束参数 CK<Wba  
/i'dhiG  
i&%~:K*
  
波长：632.8nm op\'T;xIu  
激光光束直径（1/e2）：700um ~N<zv({lG  
,4O|{Iu#n  
理想输出场参数 !
p&[:+qN  
LHQ$0LVt>T  
f6\`eLGi1  
直径：1° !^~ ^D<  
分辨率：≤0.03° U3R;'80 f  
效率：>70% =;hz,+  
杂散光：<20% `x{*P.]N!<  

k0@b"y*  
WOw( -  
2.设计相位函数 X+0+
}S  
Rm i4ZPb.  
d:j6
5yu  
V 6DWYs>  
 相位的设计请参考会话编辑器 _#9F@SCA  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 t)!(s,;T  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 L5-p0O`R  
M>eMDCB\  
3.计算GRIN扩散器 [&Yrnkgr  
 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。 Y@jO#6R  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ~Ox !7Lp  
 最大层厚度如下： .paKV"LJ  
F.]D\"0`  
4.计算折射率调制 (hB+DPi  
O,a1?_m8  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 `#/0q*$  
,QB]y|:  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 -a=RCzX]  
w
Fe
?0u  
\ 5&-U@  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 `(2Y%L(r  
(_9u<  
E.Vlz^B  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 jpGZ&L7i&  
*n"{]tj^>  
-nHt6AbqP  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 >8v4fk IK  
UrME
L;@g  
nzcXL =^r3  
e&R?9z-*  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 Oq`CKf  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 Lrrc&;  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 n'5LY9"  
h4 X=d5qd  
5.X/Y采样介质 [C>>j;q%  
QWncKE,O$  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 {Xjj-@  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 3i*HwEh  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 cF2!By3M  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 Ha)Vf+W  
/WxCsQn  
:{g;J  
'{ $7Dbo  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 b] 5i`  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 N6>ert1  
 应该选择像素化折射率调制。 I2&R+~ktR  
>z"\l  
PxvD0GTW  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ;%ng])w=;  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 q*^m8  
_{ Np_(g  
6.通过GRIN介质传播 N 4!18{/2  
_k|k$qxE  
?niv}/'%O  
u6t%*''  
 通过折射率调制层传播的传播模型： aA6m5  
- 薄元近似 j=up7395  
- 分步光束传播方法。 k9*6`w  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 <K:L.c!  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 \z8j6 h  
 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）。 gj@>9  
l:.q1UV  
7.模拟结果 3+4U?~^k*  
a !yBEpMo  
EJid@  
8.结论 !^x;4@Ejm  
1)BIh~1{p  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 _g]h \3  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 =j!nt8]8  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。