[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 7qXgHrr0|U  
n3b@6V1_  
 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。 G';oM;~/|  
 设计包括两个步骤： r?/>t1Z  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 o ohf))  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 W {dx\+  
 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。 S^D ~A8u  
rzaEVXbz1  
;N"XW=F4e  
照明光束参数 s9`T%pg  
KS(T%mk\  
3+ i(fg_  
波长：632.8nm u{p\8v%7  
激光光束直径（1/e2）：700um /e{Oqhf[n  
gi;V~>kh  
理想输出场参数 p-KuCobz]  
XcfT
E m  
NKd@Kp`,  
直径：1° }.b[az\T  
分辨率：≤0.03° `(o1&  
效率：>70% Ha C?,  
杂散光：<20% $V~%$  
[sKdIw_  
m_Fw;s/9  
2.设计相位函数 4qm5`o\hb  
=h_4TpDQ  
4a2&kIn  
u5CT7_#)  
 相位的设计请参考会话编辑器 D *LZ_  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 / V{w<  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 F~l3?3ZV  
BxZop.zwE(  
3.计算GRIN扩散器 ([9h.M6v  
 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。 <&L;9fr  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 hU=J^Gi0  
 最大层厚度如下： HWefuj  
giu~"#0/F  
4.计算折射率调制 Aoo'i  
BEI/OGp  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ReK@~#hLY  
s~]nsqLt9p  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ^c(PZ,/#JB  
J<`RlDI  
'Yd%Tb|*  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 <hK$Cf_  
q90S>c,  
TM^1{0;r5  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 n~)Y%xe[U  
)$]+R
?v  
f$Ap\(.  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 U/iAP W4U  
f^%E]ki  
M5x!84  
?D\%ZXo  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 Czci6Lz  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 KqS2  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 x!$,Hcph,  
5AjK7[<L  
5.X/Y采样介质 eLC&f}  
RV$+g.4  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 / P:Hfq  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 =:g^_Hy  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 zhCI+u4/qz  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 yCkm|  
R_1C+  
Gz6GU.IyQy  
?X9 =4Z~w  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 %zelpBu+  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 LN
N:GD)>  
 应该选择像素化折射率调制。 hL3,/^;E,  
SQ Fey~  
$3[cBX.=  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 r2](~&i2  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 h#n8mtt&i  
eB\r/B]  
6.通过GRIN介质传播 6m.Ku13;  
j0%0yb{-^  
x@Y2jM  
I|j
tpv}  
 通过折射率调制层传播的传播模型： /SUV'J)  
- 薄元近似 &Bp\kv  
- 分步光束传播方法。 3'"M31iA  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 wr$}AX  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 xk*3,J6BK  
 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-cuG.  
.#:,j1L"53  
7.模拟结果 QB.'8B_  
8@fDn(]w  
R_qo]WvR;  
8.结论 4'd{H Rs  
L@z !,r,  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 jzj{{D[^  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 HEuM"2{DMM  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。