[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 HJ@5B"  
P']Y
( !L  
 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。 . #U}q 7X  
 设计包括两个步骤： %),!2_ x~  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ug&92Hdvy3  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 XA3s],Rk  
 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。 3dm'xetM  
p+<}Y
DMb  
y x;h  
照明光束参数 &yLc1#H  
\
]8i}E1  
6mHhC?  
波长：632.8nm 6K 4+0xXv  
激光光束直径（1/e2）：700um qd(hQsfqYU  
KB+]eI-h  
理想输出场参数 
98UlNP  
x)R0F\_  
S
Rf5W'4y  
直径：1° (\vXA4Oa,  
分辨率：≤0.03° }cW#045es  
效率：>70% eP= j.$  
杂散光：<20% 968^"T#  
9h&yuS'Yj  
6LM9e0oxy  
2.设计相位函数 e/94y6*
>  
IG|\:Xz  
C3.=GRg~l  
#LWg"i  
 相位的设计请参考会话编辑器 &+- e  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 2AK}D%jfc  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 =v0~[E4  
S@A<6  
3.计算GRIN扩散器 ]l&'k23~p  
 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。 all*P #[X  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 V6*?$o  
 最大层厚度如下： {US>)I  
r|-J8s#  
4.计算折射率调制 jY+Do:#/wO  
o?\Gm  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 e=J*Esc@k  
o9+Q{|r  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 v,0<9!'v  
`]{Psc6_=  
1eiw3WU;  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 PbN3;c3  
4(|yD;  
iT$d;5_pU  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ]-Lruq#  
[gn[nP9  
)_Iz>)  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 '!@A}&]  
4if\5P:j  
a7*COh  
zq=&4afOE  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 vX.]hp5~  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 8!4[#y<  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 =mLeMk/7 w  
_yJ|`g]U3  
5.X/Y采样介质 %omu
 
r\RFDj  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 U!NI_uk  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 @ExLh9  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 ?FDJqJM  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 W
L/5 oj  
oX{@'B  
>uW^.e "F  
4+I 3+a"  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 kyu2)L2u  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 mF~ys{"t  
 应该选择像素化折射率调制。 pJ6Jx(  
 +Lhe,  
ydyG}XI
7V  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 J@gm@ jLc  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 iLQSa7  
SdSg
n|S  
6.通过GRIN介质传播 AHWh}~Yi  
ph+M3q(z  
wA1Ey:q  
sX!3_'-  
 通过折射率调制层传播的传播模型： X&.:H~xS+  
- 薄元近似 T;J7+0  
- 分步光束传播方法。 iel-<(~  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 e`;t<
7*i  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 [\a:4vDAbi  
 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）。 HM 90Sb  
VZTmzIk.Y  
7.模拟结果 "&Gw1.p  
`ReGnT[  
6UO$z-e  
8.结论 Xout:dn  
%6N)G!P  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 brj[c>
ID  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 *|^,DGfQ6  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。