[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 ;aImz*1%t  
x }i'2  
 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。 I&>5b7Uf  
 设计包括两个步骤： 'Ooq.jaK;/  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 t'*2)U  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 vPM2cc/o  
 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。 j1K?QH=e#{  
$: qrh6
6  
FB n . 4  
照明光束参数 ~`<_xIvrq  
Kgb<uXk  
X;d 1@G  
波长：632.8nm qhOV>j,d  
激光光束直径（1/e2）：700um m_b_)/  
<zp|i#~  
理想输出场参数 QA#Jx  
:s#&nY  
jN{+$ @cI  
直径：1° c:,K{ZR  
分辨率：≤0.03° J-W8wCq`  
效率：>70% =z9FjK  
杂散光：<20% 7vEZb.~4z  
:JCe,1!3@  
;k8U5=6a  
2.设计相位函数 yTh60U  
"2GssBa  
{%QWv%|  
2x:aMWh  
 相位的设计请参考会话编辑器 o_?A^u  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 M~-jPY,+  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 H#B9
7IGT  
V#\iO  
3.计算GRIN扩散器 xcC^9BAj  
 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。 6Lz:J:Q)  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 gkld}t*U  
 最大层厚度如下： U_AmRiy  
#RP7?yGM,  
4.计算折射率调制 !\|L(Paf  
+6\1 d5  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 7r$'2">K(  
5Cl;h^R|m  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 mH7Mch| m  
.h\[7r  
O*PJr[Zou  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 |=#uzp7*  
,{g B$8z^  
*"sDsXo- I  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 p"o_0{8  
C%;J9(r  
cfUG)-]P~  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ;1>)p x**  
SAN/fnM  
EALgBv>#ZL  
+t<'{KZ7;  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 u;=a=>05IR  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 t"FB}%G  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 at5=Zo[bP  
uOQl;}Lk5  
5.X/Y采样介质 NZt 8L?  
.{66q#.  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 >l(|c9OWM  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 5hE mXZ%  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 DeGcS1_?
 
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 H+Se  
b[ .pD3  
o7t#yw3  
uDsof?z  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 *)um^O  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 xQ@gh ( (  
 应该选择像素化折射率调制。 H@BU/{  
p^9u8T4l1  
TZ]o6Bb  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 y<*/\]t9L[  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 Xjnv8{
X  
Qj(|uGqm3  
6.通过GRIN介质传播 46M?Gfd,X  
d9yfSZ  
i2
m+s;  
>e9xM Gv  
 通过折射率调制层传播的传播模型： kY]^~|i6  
- 薄元近似 l]KxUkA+  
- 分步光束传播方法。 I9E]zoj8  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 -+Ab[  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 qo5WZ be  
 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）。 ahx*Ti/e  
0ZjinWkR[  
7.模拟结果 jY ~7-  
br_D Orq|  
mybvD  
8.结论 $C~OV@I  
&/tGT3)  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 6qkMB|@Ix  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 LSW1,}/B  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。