[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 X"yLo8y8$  
7uYJ_R  
 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。 1Eh(U  
 设计包括两个步骤： j#29L"  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ^27r-0|l^  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 }z}oVc  
 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。 ,2"-G";!f\  
lOql(ZH`w  
Y}PI{PN  
照明光束参数 NI3_wV  
-e30!A  
J@52<.>6  
波长：632.8nm 8dP^zjPj  
激光光束直径（1/e2）：700um WUKYwA/t  
KATt9ox@  
理想输出场参数 4~D?F
'o  
~h -0rE  
op;OPf,  
直径：1° TC'tui  
分辨率：≤0.03° l9\ *G;  
效率：>70% -Zkl\A$>  
杂散光：<20% 'RXh
E  
N\rbnr  
+Ibcc8Qud  
2.设计相位函数 s~,Ypo?  
>A#]60w.  
u[})|x*N  
c5pF?kFaD  
 相位的设计请参考会话编辑器 &;|/I`+  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Eb[*nWF=  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 Y`w+?}(M  
y^?7de}  
3.计算GRIN扩散器 >HXT:0  
 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。 V|)3l7IC<  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ,..&j
+m  
 最大层厚度如下： $)mK]57  
#2s$dI  
4.计算折射率调制 7?xTJN)G  
uL`
;KD  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 :>]=YE  
GG-7YJ  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。  [td)v,  
7']n_-fu  
/0IvvD!7N  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 z1K@AaRx  
1TJ2HO=Y  
l~.ae,|7  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 0"#'Z>"  
sA[hG*#/S  
B/6wp^#VX  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 R.-2shOE'  
q#$Al  
INZsDM 9  
>+ulLQqe  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 Wxx?iW ,  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 OrNi<TY>  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 2r4owB?  
9ldv*9v  
5.X/Y采样介质
V i V3Y  
qj/ pd 7\  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 YMb\v4  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 rl"$6{Z}  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 p~Di\AQ/  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 yhxen  
I&%{%*y  
4>x]v!d  
;6P#V`u  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 }86&? 0j.  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 l+`f\},  
 应该选择像素化折射率调制。 o."k7fLB  
LX;w~fRr.  
]zK'aod  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 Y>W$n9d&G2  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 (xxNQ] l-(  
RvrZtg5  
6.通过GRIN介质传播 O|wu;1pQ  
Ad$CHx-  
5G  @  
~QzUQYG*  
 通过折射率调制层传播的传播模型： wiHGTaR  
- 薄元近似 
{S[+hUl  
- 分步光束传播方法。 VAPRI\uM;  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 !'scOWWn  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ,t?c=u\5  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 [Ume^  
%8C,9q  
7.模拟结果 c$fi3O  
G4O $gg  
CWKN0HB  
8.结论 dZ^(e0& :H  
o^Z/~N  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 }#'I,?_k  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 "wwAbU<  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。