[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 W;9X*I8f8  
/8-VC"  
 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。 *Z
o o  
 设计包括两个步骤： #YMp,i  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 GP kCgb(  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 .2-JV0
  
 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。 &@Gu~)^(  
Pj5#G0i%  
-{sv3|P>  
照明光束参数 $}c@S0%P"  
OU5|m%CmO  

.BB:7+  
波长：632.8nm "ddH7:(k<  
激光光束直径（1/e2）：700um @tp7tB ;  
Xr6 !b:UX  
理想输出场参数 2g8P$+;  
Yt<PKs#E  
a9_KQ=&CI  
直径：1° Tsp-]-)  
分辨率：≤0.03° '{*>hj5.8  
效率：>70% J7] 60H#P  
杂散光：<20% \@t5S  
<;Z3 5{  
@BW8`Ky
1  
2.设计相位函数 ZvKMRW  
%hb5C 4q  
9{#|sABGD  
^<Tp-,J$EN  
 相位的设计请参考会话编辑器 `*!>79_2C  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 YGmdiY:;1  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 j7 3@Yi%  
P&^7wud-sb  
3.计算GRIN扩散器 E.bbIV6mQ  
 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。 (`Mz.VN  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 A)\DPLAG  
 最大层厚度如下： Bx!` UdRn  
~,1q :Kue  
4.计算折射率调制 m =F@CA~C  
?7ZlX?D[  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 c9@jyq_H?  
.O.R  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 @h,$&=HY  
<5}du9@  
B\&Ka<
r  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 [LDzR7vnf  
`R?W @,@'  
ghj~r  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 j'x{j %U  
kweTK]mT  
28yxX431S  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 dw!Eao47  
*
XGBym  
;O11)u?/s|  
9?c^~77  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 [![(h %  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 "-:\-sMt{  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ljON_*  
v|2j~  
5.X/Y采样介质 ,O!aRvzap  
,quTMtk~  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 PtOnj)Q  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 R  |%  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 *b_54X%3  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ;BVhkWA  
+}/!yQtH  
mkA|gM[g7  
 O+j:L  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 J,Ap9HJt  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 LL [>Uu?Y  
 应该选择像素化折射率调制。 VC7F#a*V  
$'*BS  
+cH(nZ*f  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 2GzpWV(  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 j@!}r|-T  
<z)G& h@  
6.通过GRIN介质传播 D.`\ ^a  
j56 An6g  
%T\x~)
 
eMzCAO  
 通过折射率调制层传播的传播模型： N@)~j+Pz  
- 薄元近似 BB$>h-M/%#  
- 分步光束传播方法。 7`!( 8  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 k;7.qhe:  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 Y_sVe  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 7bS[\5  
hM w`
e  
7.模拟结果 ;$< ek(i7  
e`F|sz]k"H  
eUlb6{!y?  
8.结论 Jx w<*  
eS:e#>(  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 n`xh/vGm#  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 
G1tp  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。