[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 7,&
M
6<~  
MY"8!  
 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。 &5o ln@YL  
 设计包括两个步骤： r*XEne  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 /#xx,?~xx0  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 y ZR\(\?<  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 'n4$dv%q  
T?V!%AqY:  
Rt2<F-gY  
照明光束参数 9L9+zs3k  
T+U,?2nF:  
@fO[{V  
波长：632.8nm EQ>]~  
激光光束直径（1/e2）：700um R8![ $mkU  
TG@ W:>N(  
理想输出场参数 xY94v  
`M.\D  
EX9os  
直径：1° 0s'H(qE,_  
分辨率：≤0.03° @Rp#*{  
效率：>70% /7[X_)OG  
杂散光：<20% 5T- N\)@  
hk.Zn.6A'  
&yN/AY
`U  
2.设计相位函数 -N~eb^3[c  
95%QF;h  
Vp j[)W%L  
8ZPjzN>c6  
 相位的设计请参考会话编辑器 0\2#(^  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 -K*&I!  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 1DT}_0{0Q  
=!{ E!3>*D  
3.计算GRIN扩散器 |VxO ,[~  
 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。 9qXKHro
 
 最大折射率调制为△n=+0.05。 LOf)D7T  
 最大层厚度如下： (D1$&  
$++SF)G1]_  
4.计算折射率调制 NT&skrzW  
eUeOyC  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 MWZH-aA(.  
dD.;P=AP  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 aq-R#q  
D +Ui1h-  
nOj0"c  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 |QcE5UC  
Xah-*]ET  
}G53"  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 CE;J`;  
NUp,In_  
X8Y)5
,`s  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 *j"u~ NF  
|];f?1  
5,Hj$v7fe  
vE<z0l  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 )o%sN'U,1  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 m(o^9R_=^9  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ?4A$9H  
(dgBI}Za  
5.X/Y采样介质 ~D1&CT#s  
~us1Df0bp  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 yZcnky  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 u-%|ZSg  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 7x5wT ?2W  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 [JyhzYf\  
~H~iKl}|7  
o`+$h:zm@  
L2<IG)oXU  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 H2 Gj(Nc-  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 tS:/:0HnA)  
 应该选择像素化折射率调制。 k=M_2T'  
2vh@KnNU  
{#C)S&o)6  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 fjP(r+[  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 X5w_ }Nhe  
8o%g2 P9.  
6.通过GRIN介质传播 [8v>jQ)  
'Tbdo >y  
XSoHh-  
-J'0qN!  
 通过折射率调制层传播的传播模型： CEHtr90P  
- 薄元近似 QpI\\Zt6  
- 分步光束传播方法。 U *K6FWqiB  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 `%ulorS  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 U6x$R O!  
 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）。 KbTd`AIL  
,:=g}i  
7.模拟结果 7GG:1:2+>  
iRK&-wn  
pr?k~Bn  
8.结论 z`esst\aV  
e~P4>3  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 UVlh7wjg  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 #ni:Bwtl{  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。