[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 xxGm T.&  
.H|Z3d!Jj  
 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。 c:Cz
u  
 设计包括两个步骤： :V(C+bm *  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 /5 z+N(RFC  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 U<Oc&S{]*  
 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。 2IJniS=[>  
zd$'8/Cq  
#>yOp
*  
照明光束参数 A^lm0[3q  
g?v/u:v>W  
|kmP#`P~  
波长：632.8nm ;)ay uS sQ  
激光光束直径（1/e2）：700um {X?Aj >l  
/Ey%aA4v  
理想输出场参数 ,{IDf  
uP4yJ/]  
l&\y]ZV={  
直径：1° 9ad`q+kY  
分辨率：≤0.03° Vu_oxL}  
效率：>70% W. d',4)  
杂散光：<20% +PPQ"#1pS  
Z7wl~Hk  
)4fQ~)  
2.设计相位函数 &SIf|IX.  
0%xb):Ctw  
[cDkmRV  
\<I&utn  
 相位的设计请参考会话编辑器 b\^DQZmth  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 lOA EM  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 b4:{PD~Mh  
9qa/f[G  
3.计算GRIN扩散器 "} :CM_  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 KrP?*yk  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 !,$K;L  
 最大层厚度如下： 7cV G?Wr  
%,$xmoj9O]  
4.计算折射率调制 V+D<626o  
L'Iw9RAJ  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 T5`ML'Dej  
nh7_ jEX  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 F<h+d917  
[qY yr
  
Q~.t8g/  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 |WUM=g7PC  
lpPPI+|4N  
\v+>qY<q  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ^EN )}:%Z  
N, u]2,E  
z3[J sE%  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 7Wv.-LD6  
?!m\|'s-  
/\Cf*cJ  
He8]Eb  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 Xm<_!=  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 h#Rza-?"\  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。
W3ms8=z  
Q(A$ >A  
5.X/Y采样介质
ObZhQ.&  
h}nS&.  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 byP<!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。 34CcZEQQ  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 vx7=I\1  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 #B <%  
P3!@}!r8  
L[:AUe  
:G98uX t  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 A ?tna6W:  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 g :B4zlKG  
 应该选择像素化折射率调制。 gP|-A`y  
"]2^O  
|<3x`l-`  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。
NKEmY-f;  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 GL>YJ%  
,%A|:T]  
6.通过GRIN介质传播 T)<^S(57  
o=!_.lDF:  
E;`^`T40  
6d5J*y2
 
 通过折射率调制层传播的传播模型： 1D)0\#><  
- 薄元近似 :Hb`vH3x  
- 分步光束传播方法。 trjpq{,[U  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 K2Ro0  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 y:Gn58\o  
 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）。 }^Sk.:;n3  
&Qv HjjQ?u  
7.模拟结果 teb(gUy}L6  
7jxx,#I:  
o+8H:7,o'  
8.结论 )w<Z4_!N4s  
,?jc0L.'r]  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 C6F7,v62  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 RiAMW|M"C  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。