[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 @)?]u U"L  
6t6Z&0$h~  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 by X!,  
 设计包括两个步骤： i(^U<DW$  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ^taN?5  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 V@G#U[D  
 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。 S3E,0%yo+)  
Dj&~x  
qk1jmr  
照明光束参数 ~,b^f{7`!  
.p&@;fZ  
~ELMLwn.  
波长：632.8nm 'J|)4OG:  
激光光束直径（1/e2）：700um QEhn  
c+9L6}D  
理想输出场参数 K^shTh8k  
w +t@G`d  
t'rN7.d  
直径：1° d,b4q&^X8  
分辨率：≤0.03° ZgP%sF  
效率：>70% wZ
iUzS;v  
杂散光：<20% ;Y$>WKsV  
 5&&4-  
xzOa9w/  
2.设计相位函数 ;uUFgDi  
~#A}=,4>  
8Xotly  
~&i4FuK  
 相位的设计请参考会话编辑器 Az`Aa0h]7  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 T{k P9 4  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 s[yWBew  
7K1-.uQ  
3.计算GRIN扩散器 5i!Q55Yv=,  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 WQK<z!W5  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 z8Q!~NN-K  
 最大层厚度如下： Km`
SR^&\  
FzT.9Vz7  
4.计算折射率调制 ,,'jyqD  
I0Pw~Jj{  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ~s!Q0G^G  
\<4N'|:  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 4Gc M  
1i76u!{U  
9%/hoA)  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 gg'1q3OjM  
tE7jTe  
yB b%#GW  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 xM*_1+<dT$  
v= 55{  
N:1aDr;  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ?\}Gi(VVE  
#~*v##^vFH  
RgJ@J/p"  
$)i`!7`4=  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 )g0lI  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 f%Q{}fC{*  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Xz+%Ym  
)r2Y@+.FN  
5.X/Y采样介质 RZOK+!H:  
4CNrIF@  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 :QE5 7.  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ;O"?6d0  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 o`U}uqrO  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 jUe@xis<T  
eV;r /4  
\Z-th,t  
b IDUa  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Ss3p6%V/  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 &,X}M  
 应该选择像素化折射率调制。 om3 %\  
3]
Z1kB  
YagfCi ?  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 a)_3r]sv^  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 'o AmA=  
]33!obM  
6.通过GRIN介质传播 t^s&1#iC  
AjzTszByu  
(lk9](;L  
*t@A-Sn  
 通过折射率调制层传播的传播模型： r$7.  
- 薄元近似 ClG%zE&i  
- 分步光束传播方法。 _^NX`<&  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 bLqy7S9x  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 qBA)5Sv\V  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 +8Xjk\Hi  
|z
-f8$  
7.模拟结果 *ap,r&]#F  
/6x&%G:m#  
!09)WtsEfx  
8.结论 C@(@n!o:!  
{)YbksrJ{  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 r- 8Awa  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Sj+H{xJi  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。