[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 V:wx@9m)  
9PM\D@A{  
 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。 k^vsQ'TD  
 设计包括两个步骤： iLy
J7zby  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 iO 9fg  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 <1
L?Xhoc6  
 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。 aUBGp: (  
r@XH=[:  
DAPbFY9  
照明光束参数 _^;;vR%   
8)1k>=  
z TM1 e  
波长：632.8nm VEuT!^0Z  
激光光束直径（1/e2）：700um Y@+e)p{  
)<vU F]e~  
理想输出场参数 bi^
Xdu  
)G a%Eg9  
"|\G[xLOaW  
直径：1° c5($*tTT  
分辨率：≤0.03° Rqk;!N  
效率：>70% wTL&m+xr  
杂散光：<20% %pR:.u|  
_"Bh 3 7  
=xa:>Vh#  
2.设计相位函数 QNk\y@yKw  
8l, R|$RKP  
"8'aZ.P  
}qa8
o  
 相位的设计请参考会话编辑器 4}4K6y<q  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 2}ttCm  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 xw)$).yc  
5$(qnOi  
3.计算GRIN扩散器 [|XMR=\>  
 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。 7AE
)P[  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ";&5@H|  
 最大层厚度如下： 4t%g:9]vr  
aWG7k#nE  
4.计算折射率调制 IC1oW)  
w=UFj  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 d^0vaX6e}  
-UHa;WH  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 %LH~Im=  
B``)  
Vm
_waa  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 E*uz|w3S)Y  
tML[~AZh  
@Qlh  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 y rSTU-5u  
8:x{  
* mzJ)4A  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 xXCSaBS~  
y)s+/Teb  
'_f]qNy  
^F>C|FJ2  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 i#uc  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 Y5 BWg  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 CSUXa8u7  
}67lL~L  
5.X/Y采样介质 }#~DX!Sj  
_I"T(2Au  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 hzT,0<nw  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 iiWs]5  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 )} I>"n  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 !rK,_wH  
G(g.~|=EZ  
D*Cn!v$  
0/1Ay{ns  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Nq$Xe~,*  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 rF/k$_bFt  
 应该选择像素化折射率调制。 ~^<ju6O'  
b,Z\{M:f;F  
:y>$N(.8f  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 b3>`%?A  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 (?G?9M#7_  
x&ngCB@O  
6.通过GRIN介质传播 r )EuH.
z  
_'W en  
}mZsK>  
l*v6U'J  
 通过折射率调制层传播的传播模型： j4!g&F _y  
- 薄元近似 l,I[r$TCf  
- 分步光束传播方法。 ]vFtByqn  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 mbij& 0  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 j>OuNeo@4  
 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）。 0u3"$o'R  
Gkc.HFn(  
7.模拟结果 I;Sg9`k=  
 QB/H  
i9QL}d  
8.结论 ]*M VVzF  
gcaXN6C  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 u_;&+o2  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 STr&"9c  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。