[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 rzt Ru  
#{?qNl8F*J  
 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。 ZMel{w`n  
 设计包括两个步骤： +0OLc2 )w  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 )ubiB^g'm  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 J:Qa5MTWp  
 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。 9jw\s P@  
thI F&  
=>_\fNy  
照明光束参数 )c)vTZy  
9b9$GyI  
XCBL}pNkR  
波长：632.8nm "g1)f"pL  
激光光束直径（1/e2）：700um ~{jcH  
CLU
W!F  
理想输出场参数 %^ !,t:d  
[5SD_dN  
G|!on<l&  
直径：1° ]x(!&y:h  
分辨率：≤0.03° d>mo~  
效率：>70% EwvoQ$#jv  
杂散光：<20% c}2jmwq  
]GW]dM  
ivN&HAxI@  
2.设计相位函数 t:'Mh9h7u  
C$XU%5qi  
sM `DL  
;EP:
o%r  
 相位的设计请参考会话编辑器 iMDM1}b  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 NgP&.39U  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 z?R|Ok  
`u&Rsz&^  
3.计算GRIN扩散器 RO'7\xvn  
 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。 Wa{`VS  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 [J?aD`{#O  
 最大层厚度如下： +[\FD; >  
:%,:"  
4.计算折射率调制 <
^5Z:n!q  

%D\[*  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 H[U!%Z  
fof
TP1  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 n'E(y)9|  
Bf~vA4  
r{L> F]Tw  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 U@uGNMKR  
0dE@c./R i  
(ROY?5 @c  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 s@K4u^$A  
-"'j7t:  
Ku5\]  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 U`,6 * MS  
|B.Y6L6l  
+M\`#i\g>  
eg;~zv  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 `ZyI!"  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 (MxQ+D\  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ,St#Vla  
eD?tLj  
5.X/Y采样介质 1WxK#c-)  
_=F=`xu  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 W$hx,VEy`  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 a|t$l=|DD  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 -*Xa3/kQ  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。  ]hk  
g?goZPZB  
8lvV4
yb  
u8&Z!p\  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 gY/"cq  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 nP$Ky1y G  
 应该选择像素化折射率调制。 ZxGJzakB5$  
\XCe22x]  
c|e~BQdRw  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ,8U&?8l  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 vdivq^%=a  
/?5 1D@  
6.通过GRIN介质传播 f-vCm 5f  
PUT=C1,OFR  
?+@n3]`0  
h7G"G"  
 通过折射率调制层传播的传播模型： *+Ek0M  
- 薄元近似 9-&Ttbb4)0  
- 分步光束传播方法。 >JHryS.j$4  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 81? hY4  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 w'Y7IlC  
 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）。 \)#kquH/l  
P+@/O  
7.模拟结果 5sj4
;w[  
S 6@u@C  
o4G?nvK-  
8.结论 Yb|
c\[ %  
]sf7{lVT  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ?GKb7Oj  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 7Wf/$vRab  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。