[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 ]
Hv*^B
ak  
a @yE:HU  
 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。 PxdJOtI"  
 设计包括两个步骤： [)T$91 6I  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 dn:|m^<)  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 IIYX|;1}X  
 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。 znGZULa#  
 3D[:Rf[  
<yX@@8  
照明光束参数 QySca(1tN  
UU;Ysj  
Ae,2Xi  
波长：632.8nm |
hZ|+7  
激光光束直径（1/e2）：700um eB}
sg4  
f@,hO5h(_|  
理想输出场参数 61t-  
-wG[>Y  
Ply2DQr  
直径：1° =1uj
1.h  
分辨率：≤0.03° Ugee?;]lu  
效率：>70% CU} q&6h  
杂散光：<20% 6+{nw}e8  
&B{Jxc`VA  
sf|_2sI  
2.设计相位函数 &~D.")Dz  
h}c6+@w&-  
10QNV=yK7s  
`tUeT[  
 相位的设计请参考会话编辑器 iZVT% A+q  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 7Vof7Y <  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 } SWA|x  
"pKGUM  
3.计算GRIN扩散器 ]h`E4B  
 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。 &6~ncQWu  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 tjc5>T[Es8  
 最大层厚度如下： XEe+&VQmY  
qjdahVY  
4.计算折射率调制 s$3eJ|  
55jY` b.  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 $`+~QR!h  
?8aWUgl  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 uDMUy"8&!  
GoZJDE3  
ES2d9/]p-  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 o*5e14W(:  
"S:NU.
c?  
x]
jdx#'  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 P^d.,  
t]YLt ,  
Q& unA3  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 >GF(.:7  
/F  
pdXgr)Uv  
5{x[EXE'  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 $SD@D6`lL  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 E&Zx]?~  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 u/c~PxC  
|^&2zyUj/  
5.X/Y采样介质 p~{%f#V  
5eZg+ O  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 2%No>w}/2  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 n46PQm%p  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 iLQt9Hyk  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。
sn T4X  
2ShlYW@~  
?PU(<A+  
H9a3rA>  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 nm

%4L  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ThiPT|5u  
 应该选择像素化折射率调制。 m{=~|I  
;@;
ie8H  
YH'.Yj2  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 1)kl  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 0kr& c;~  
nQ(:7PFa'  
6.通过GRIN介质传播 ->#@rF:S  
Fn0LE~O}-8  
whp\*]8  
Vm%ux>}  
 通过折射率调制层传播的传播模型： sMpC4E  
- 薄元近似 .$E~.6J %i  
- 分步光束传播方法。 di P4]/%1  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 /iJhCB[QZ  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 $S-;M0G x  
 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）。 9g,L1 W*  
!z6/.>QJ~  
7.模拟结果 >|
&OcU  
{xb%P!o`  
[Kj#KJxy  
8.结论 8X~vJ^X9@y  
a\j\eMC  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 /r 2.j3:l  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 VH1c)FI  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。