[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 cy_zEJjbD  
M#]URS2h<O  
 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。 '~Gk{'Nx"  
 设计包括两个步骤： w3oe.hWP3N  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 1\Vp[^
#Vx  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 0bMbM^xV6  
 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。 \E:l E/y  
E@ !~q  
:sb+jk  
照明光束参数 HFf9^  
,Z]4`9c  
kv/mqKVr  
波长：632.8nm 
ehYGw2  
激光光束直径（1/e2）：700um h`p9H2}0  
c"@,|wCUi  
理想输出场参数 q0]Z` <w  
|/p2DU2  
Uv/?/;si  
直径：1° EY 9N{  
分辨率：≤0.03° IDv|i.q3  
效率：>70% s av  
杂散光：<20% )SFyQ  
<DM:YWNa  
!_UBw7Zm  
2.设计相位函数 %Nm69j-5%  
Ej64^*  
g JMv  
@8GW?R  
 相位的设计请参考会话编辑器 MDKiwT@#  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 4wQ>HrS)(  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ZnYoh/  
q'awV5y  
3.计算GRIN扩散器 0E#3XhU  
 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。
vErlh:~e  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 B&)o:P7h  
 最大层厚度如下： vy330SQPo  
HGRH9W  
4.计算折射率调制 cH%#qE3  
-{XXU)Z  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 KFMEY\6\h  
A `n:q;my  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 O(QJiS  
oVSq#I4  
i^'Uod0d.  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 0<T/P+|  
j8eb
Vq  
*b0f)y3RV  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 d4zqLD$A  
wmr8[n&c  
_~E&?zR2>"  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 C6C7*ks  
O.8{c;  
%,M(-G5j;  
77ID 82  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 7o]p0iLej  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 c}>p"  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 _=eeZ4f  
hVcV_  
5.X/Y采样介质 [!E8C9Q#!  
B3^4,'  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 Ag`:!*  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 oLXQ#{([  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 `<L6Q2Y>j  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 iE$/ Rcp  
tCdgtZm  
-IB~lw
 
W|FPj^*t  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 E}$K&<J'-  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 85fBKpEe  
 应该选择像素化折射率调制。 `_;VD?")*l  
Wh)QCp0|n  
i+V4_`  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 2Xm\;7  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 F*_mHYa;  
q)uq?sZe  
6.通过GRIN介质传播 C9q`x2  
(Js'(tBhiU  
/L1qdkG  
~ 0x9`~  
 通过折射率调制层传播的传播模型： WJ+<&6W8  
- 薄元近似 P==rY5+s`  
- 分步光束传播方法。 7 C5m#e3  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ;TK:D=p4  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 RJ%~=D  
 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）。 \DE`tkV8  
\7}X^]UVx  
7.模拟结果 LV&tu7c  
,OLN%2Sq  
P
v`^#BX'  
8.结论 wK[xLf  
zX!zG<<K  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 EV@xUq!x.  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 tF)aNtX4^  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。