[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 ?@Q0;LG  
y10W\beJ  
 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。 KC"&3  
 设计包括两个步骤： K F_Uu  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 !L|l(<C  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 MgJ5FRQ  
 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。 60]VOQku  
po\jhfn  
:*BN>*1^\r  
照明光束参数 SjpCf8Z(  
VcXr!4M  
xf/K+  
波长：632.8nm -G@uB_Cs  
激光光束直径（1/e2）：700um mdyl;e{0  
]kx<aQ^  
理想输出场参数 <bo^uw  
tu"-]^  
AZE%fOG<i  
直径：1° $]xH"Z%"  
分辨率：≤0.03° 2O@ON/  
效率：>70% *3E3,c8{A  
杂散光：<20% ZMZWO$"K1  
5._QI/d)'J  
{D^ )%{  
2.设计相位函数 5+!yXkE^e  
j>?nL~{  
7P}l^WX  
xzOvc<u  
 相位的设计请参考会话编辑器 $H.U ~  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 A^+kA)8  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 v;G/8>GRy  
s.rQiD  
3.计算GRIN扩散器 ": BZZ\!  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 X]2Ib'(  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 HJJ)DE7;  
 最大层厚度如下： [ ^\{>m7  
7VZ^J`3  
4.计算折射率调制 K$D+TI)  
*0@Z+'M?  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 yK"\~t[@X:  
-c1-vGW/  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 Yc-5Mr8*,  
"N_@q2zF  
UtJfO`m9P  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 BR?DW~7J j  
mZ? jpnd  
eYoc(bG(+  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ZVJ6 {DS/  
NX(IX6^y  
G7,v:dlK   
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 35AH|U7b  
h(}#s1Fzq  
*P7n YjG  
N4
-
Y0BO  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 {yT<22Fl  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 >k@{N
P2b  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ^/Yk*Ny  
MFO%F) 5  
5.X/Y采样介质 G@~
e:v)  
fM:bXR2Y'  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 zK1\InP  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 [:e>FXV  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 Wt!;Y,1s  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 u 1}dHMoX~  
PIFZ '6gn  
H&F2[j$T  
ho~WD'i  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 X=6L-^o)  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 Sjwwc6_c  
 应该选择像素化折射率调制。 I|Hcs.uW  
1 rbc}e  
F$JA IL{W  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 OEbZs-:  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 F/p1?1M  
jL4"FTcE]3  
6.通过GRIN介质传播 wT;;B=u}G  
F3Da-6T@  
"Ya;
&F.'  
T}XJFV  
 通过折射率调制层传播的传播模型： r[kHVT8  
- 薄元近似 Sqmjf@o$>  
- 分步光束传播方法。 +U<Ae^V
 
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 I|>IV  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ^( C,LVP<  
 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)`Q0}  
_J"J[$  
7.模拟结果 \4
t;{
_  
{EU]\Mp0j  
/dX,]OFm  
8.结论 ND 8;1+3  
&w%%^ +n |  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 5KYR"-jY  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 rHjR 4q  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。