[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 F_3:bX  
k0z&v <  
 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。  UL@9W6  
 设计包括两个步骤： <W)u{KS#TY  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 '_P\#7$!MV  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 J%C#V}z7E  
 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。 0ZpFE&  
yCz|{=7"j  
cu!W4Ub<  
照明光束参数 ,,L2(N  
cgu~  
7Cqcb>\X  
波长：632.8nm vV?rpe|%  
激光光束直径（1/e2）：700um 8|?LN8rp  
ow'Vz Ay-  
理想输出场参数 ./6<r OW  
p,g1eb|E  

p>=[-(mt  
直径：1° o]n!(f<(*  
分辨率：≤0.03° y@V_g'  
效率：>70% }G<T:(a  
杂散光：<20% Q _iO(qu 6  
UYP9c}_,4  
`6Qdfmk=  
2.设计相位函数 K5t0L!6<+  
"6ECgyD+E!  
G9P!_72  
/t<@"BoV  
 相位的设计请参考会话编辑器 d%@~mcH>  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 gR^>3
n'  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 HmmS(fU  
EpJ4`{4  
3.计算GRIN扩散器 K0+.q?8D|  
 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。 MTGiAFE  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 e?0q9W  
 最大层厚度如下： 1S
Iq[1  
#L}+H!Myh  
4.计算折射率调制 b^c9po  
#zUXyT#X  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 /e}#' H   
2Se?J)MN  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 H5cV5E0  
Z=5qX2fy1*  
3Ug  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 _Us*+ 2(4L  
:p&!RI(l  
g.JN_t5  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 gd/H``x|Y  
,tH5e&=U01  
/Ss7"*JLe  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。  6Si-u  
iZ3W"Vd`b  
hG~reVNf  
|wE3UWsy  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 -m= 8&B  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 sd#|3  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 _/*U2.xS  
3l<S}k@M)  
5.X/Y采样介质 Z BUArIC  
1{Mcs%W;w5  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 qH,l#I\CG  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 u}bf-;R  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 >gKh  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 # {fTgq  
8.=\GV  
hd V1nS$  

e}VBRvr  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 
t2" (2  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 $eV$2p3H  
 应该选择像素化折射率调制。 juF{}J2  
XMB[h   
IPSF]"}~  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 j/T>2|dA&  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 =$8nUX`  
kPBV6+d~  
6.通过GRIN介质传播 L\{IljA  
e^YHJ>@  
d%I"/8-J  
$N']TN  
 通过折射率调制层传播的传播模型： wfvU0]wk}  
- 薄元近似 0n~Zz  
- 分步光束传播方法。 yL^U
E=#C_  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 +(D$9{y  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 !|q<E0@w\  
 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）。 Mr--4D0Hk  
;g_> ;tR/  
7.模拟结果 1pv}]&X  
%u^JpC{E  
MC((M,3L  
8.结论 GT hL/M  
uJR%0E7!  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 jJ4qR:]  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 D9mz9
   
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。