[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 (@>X!]{$  
tUH#%  
 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。 eo4;?z  
 设计包括两个步骤： OpA
  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 d\+smED  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 wz<
YflF  
 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`U.h^V  
}mzM'9JH  
ggIz)</  
照明光束参数 IMpEp}7  
|W<wPmW_{+  
^W{+?q'  
波长：632.8nm KFvNsqd  
激光光束直径（1/e2）：700um MS)(\&N  
a39Kl_\  
理想输出场参数 UB|f{7~&  
ppP7jiGo  
<p;cR` %uE  
直径：1° `9SuDuw;s  
分辨率：≤0.03° -L}crQl.'c  
效率：>70% T1.
`*,t)=  
杂散光：<20% nJ<h}*[  
LxC*{t/>8  
|f#~#Y2v  
2.设计相位函数 g-q~0  
QK)"-y}"g  
<nOK#;O)  
O'a Srjl  
 相位的设计请参考会话编辑器 6&5p3G{%0  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 BrcT`MM[(=  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 /~Zxx}<;  
zc%#7"FM  
3.计算GRIN扩散器 { AdPC?R`  
 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。 ),1MR=  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 c4E=qgP  
 最大层厚度如下： j?K]0j;  
()i8 Qepo}  
4.计算折射率调制 OsAH!e  
YtI2Vr/9  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 Ke@zS9  
{B8W>>E  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 u|t<f`ze  
A6v<+`?  
$\h\,N$y  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 rPWn  
{L^b['h@  
8T6.Zhv  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Op%}.9ed  
k\rzvo=U  
rw/WD(  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ('BFy>@  
H.cN(7LXm  
UT!gAU  
0 UdAF  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 N'[bA  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ". #=_/op  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 X;25G  
mv
_N ns  
5.X/Y采样介质 t4>%<'>e  
}#va#Nb(,  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 f6@fi`U,  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Qvo(2(  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 szW_cjS  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 Jv(9
w[  
*;b.x"  
IO3`/R-  
=8FV&|fP  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 g$
+u;ER5  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 t:y} 7un  
 应该选择像素化折射率调制。 ,
Yx"3i,  
$h"Ht2/ J  
v|r\kr k  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 U,Py+c6  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 {hYH4a&Hb  
AfAg#75q  
6.通过GRIN介质传播 pd2Lc $O@  
-XNjyXm2  
.PjJ g^^  
c|?0iN  
 通过折射率调制层传播的传播模型： "";[U  
- 薄元近似 Q(Q.(  
- 分步光束传播方法。 6b&<5,=d:  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 \z'A6@  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 44;ZX$HL  
 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）。 N0APX4j  
zzm
Z`Ya  
7.模拟结果 'wh2787  
hF`e>?bN  
3u]#Ra~5  
8.结论 bMWL^*I  
"p]bsJG  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 L%4[,Rsw  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Fh  t$7V  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。