[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 d=Ihl30m  
!{-
3:N7  
 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。 H "/e%  
 设计包括两个步骤： R~u7
;Wv  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 pc(9(. |  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 -cS4B//IK8  
 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。 ]5MRp7  
@o.i2iG  
?q8g<-?  
照明光束参数 uX!y,a/"  
IQ`aDo-V  
kUBHK"}K  
波长：632.8nm D.JVEKLkU  
激光光束直径（1/e2）：700um H0:6zSsc=|  
2/NWWoKw  
理想输出场参数 h!3Z%M  
&~6O;}\  
l`G:@}P>G  
直径：1° Y2~{qY  
分辨率：≤0.03° z^a?t<+  
效率：>70% tg4&j$  
杂散光：<20% E<_6OCz  
O[J+dWyp  
~w%+y  
2.设计相位函数 !,WRXE&j  
X=}0+W  
B}bNl 7 ~  
RB@gSHOc?  
 相位的设计请参考会话编辑器 ~|jy$*m4A  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 U*l>8  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 DO*C]   
LA3,e (e  
3.计算GRIN扩散器 0pG(+fN_9  
 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。 7Et(p'  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ~DS9{Y  
 最大层厚度如下： lJ2/xE]  
jYx(  
4.计算折射率调制 s_+XSH[=f  
>}tG^)os  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 \M^4DdAy  
BAed
[  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 }tq9 /\  
OF}_RGKg3  
:jCaDhK  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ;0{*V5A  
oMf h|B  
2(xKE_|  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 IKj1{nZvDc  
k!rz8S"  
f2XD^:Gc  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 5Uz(Bi  
AE~}^(G`  
7guxkN#  
}e|]G,NZO  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 |bUmkw  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ou4?`JF)-  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 dg<fUQ  
_JB3+0@  
5.X/Y采样介质 %8}w!2D S  
3mpjSL  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 $l0w{m!P  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 2sq<"TlQXI  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 M6n.uho/  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ~0:c{v;4  
cV,URUD  
VNfx>&`  
ax}Xsk_  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 g_=ZcGC  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 6FAP *V;  
 应该选择像素化折射率调制。 1EB`6_>y  
$x0F(|wxt  
L@uKE jR  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 s)=7tHoqB)  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 P40eK0e6  
m\Nc}P_"p  
6.通过GRIN介质传播 A
2 )%+  
0}!lN
{m?  
6UTdy1Qq>  
vN
+!l3O  
 通过折射率调制层传播的传播模型： F*u;'K  
- 薄元近似 S6I8zk)Z4  
- 分步光束传播方法。 "Y6mM_flq  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 r6<}S(  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 m5*RB1  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。  }P#gXG  
fx5vaM!  
7.模拟结果 z9ZAY!Zhq]  
=<icHt6s  
j=LF1d
G"  
8.结论 9 R1]2U$|  
=XB)sC%  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ;2~Q97c0  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 D=$<Ex^p  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。