[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 INOw0E[  
?~$0;5)QC  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 ;t{Ew+s  
 设计包括两个步骤： ^6bU4bA  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 Q"n*`#Yt'  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 @tWyc%t  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 OW-[#r  
X}Bo[YoY$  
:3M2zV cf  
照明光束参数 <
RS@,  
m!3b.2/h  
z 0]K:YV_  
波长：632.8nm AC@WhL  
激光光束直径（1/e2）：700um 3zo]*6p0  
8Eyi`~cAiH  
理想输出场参数 U:ggZ`.  
%Sr/'7 K  
`[p*qsp_  
直径：1° zV_U/]y  
分辨率：≤0.03° T&c0j(  
效率：>70% {L5!_]6  
杂散光：<20% s!esk%h{K  
^AkVmsv;;  
`mXbF  
2.设计相位函数 `,gGmh  
-B-?z?+(O  
REUWK#>  
ifTMoC%  
 相位的设计请参考会话编辑器 i_Dv+^&zV  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 bwR_ uF  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 eR PmN  
23 j{bK  
3.计算GRIN扩散器 7p%W)=v  
 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。 ^-?5=\`5  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 C` ?6`$Y  
 最大层厚度如下： dznHR6x  
47>IT  
4.计算折射率调制 L1A0->t  
,S5tkTa  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 H=Rqr  
,3l=44*  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ~SgW+sDFu  
$zS0]@Dj  
7?a@i;E<  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 yQ5&S]Xk$$  
_i{$5JJ+K2  
/nEt%YYh;x  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 NBHS   
wQbN5*82  
 lc9aDt  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 0vOt.LC/S  
5[l9`Cn&A  
/+2;".  
u=NpL^6s<  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 RzCC>-  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 fq(r,h=|  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 CBw/a0Uck  
i(P/=B  
5.X/Y采样介质 g&9E>wT  
?w6zq|  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 7|4hs:4mD  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 c@9jc^CJ  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 V ;Kzh$^rk  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 vJ5`:4n"  
7L~LpB  
<Wc98m  
w{uqy]  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 bl@0+NiM  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 /N6sH!w  
 应该选择像素化折射率调制。 ~XAtt\WS  
Y@x }b{3  
/MFy%=0l  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 Vj?{T(K1[  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 #?%akQ
+w  
[DrG;k?  
6.通过GRIN介质传播 "q@OMf  
o=i)s2  
3C'`c=  
G8xM]'y  
 通过折射率调制层传播的传播模型： -L e:%q2  
- 薄元近似 *:t]|$;E\  
- 分步光束传播方法。 hnWo.5;$  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 *zoAD|0N  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 wn*<.s  
 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）。 B.wihJVDg  
;#c|ZnX  
7.模拟结果 R^zTgyr  
MQ;c'?!5[!  
`L<f15][  
8.结论 L~e\uP  
xK4b(KJj  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 g-^Cf  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 A*l(0`aWq  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。