[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 )CgH|z:=b  
O{Z${TC[  
 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。 eo.B0NZsF  
 设计包括两个步骤： 9`M7
-{  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 sk AF6n  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 b/ h#{'  
 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。 z<.?8bd  
g}L>k}I?!W  
~qK/w0=j  
照明光束参数 aK 3'u   
;mPX8bT  
3Vak C  
波长：632.8nm 0Q)YZ2  
激光光束直径（1/e2）：700um c%1{l]   
)ybF@emc  
理想输出场参数 :T<5Tq*+x  
<y&&{*KW8m  
&y(%d 7@/  
直径：1° 9Hd_sNUu\  
分辨率：≤0.03° ?nq%'<^^  
效率：>70% H8 xhE~'t  
杂散光：<20% Z[eWey_  
Xg*](>/\,  
jx2{kK  
2.设计相位函数 cv7:5P  
I0!]J{  
gYe6(l7m  
sRqecG(n  
 相位的设计请参考会话编辑器 vTTXeS-b  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 (NN;1{DB8  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 IDL0!cF  
n 8 K6m(  
3.计算GRIN扩散器 DJAKF  
 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。 M>}_2G]#F  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 0=K8 nxdx  
 最大层厚度如下： dC|6z/  
q'TIN{\.{  
4.计算折射率调制 6CSoQ|c{  
|qz%6w=  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 DuIXv7"[  
Rd|8=`)  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ZY@ntV?  
/bPs0>5  
\ Ce
*5
h  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 `uH7~ r^  
9
C0#K\  
+.OdrvN4)  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 $L?KNXHAF!  
w~ON861  
m^=El7+  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 '4Fwh]Ee  
,>8w|951'  
n?;rWq"  
6U.|0mG[  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 QR_h#N2h  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 u05Yy&(f  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 /,UnT(/k(  
 ?r@^9  
5.X/Y采样介质 
=I
@I  
j<k6z  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 D W^Zuu/)  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 S(?A3 H  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 -a&<Un/  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ZfK[o{9>  
A.dbb'^  
j@D,2B;  
/zoy,t-i  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 /-G_0A2wF  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 aWJj@',_  
 应该选择像素化折射率调制。 V)N{Fr)&  
U+@U/s%8  
y&-QLX L  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 "WUS?Q  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 zsJermF,O  
_B&Lyg!J  
6.通过GRIN介质传播 ]JV'z<  
nSC2wTH!1  
@NqwJ.%g  
xLDD;Qm,  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Y)+q[MZ R  
- 薄元近似 ?Rx(@  
- 分步光束传播方法。
upL3M`  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 'A3skznX{  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 VqpC@C$  
 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）。 v{fcQb  
. R/y`:1:W  
7.模拟结果 -!:5jfT
"  
RZ xwr  
5<R m{  
8.结论
s&(;  
6CIzT.  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ,<r&] eC  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ;'= cNj  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。