[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 g|+G(~=e|  
N{q'wep  
 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。 P' J_:\  
 设计包括两个步骤： V)a6H^l  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 71A{"  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 a)TNVm^  
 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。 2i>xJMW  
C$(t`G  
F)%;
gzs  
照明光束参数 #!hpe^t  
_c(=>  
92VAQU6  
波长：632.8nm ? {&#l2  
激光光束直径（1/e2）：700um kfVG@o?o  
8:A<PV!+  
理想输出场参数 vj_oMmjKw  
NMj`wQ`M+  
6F(
yH4  
直径：1° &U,f~KJ  
分辨率：≤0.03° &FZe LIt  
效率：>70% (Dn-vY'  
杂散光：<20% wG|3 iFK  
tL
).f:?  
siG?Sd_2  
2.设计相位函数 NrU-%!Aw  
_cJ{fYwYU  
7<tqT @c  
BsRas  
 相位的设计请参考会话编辑器 %-*vlNC)  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 XWvs~Xw@  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 SP*5 W)6  
a-}%R  
3.计算GRIN扩散器 >3kR~:;  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 2+P3Sii  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 iwVra"y  
 最大层厚度如下： y,
r`8  
ef.lM]cO  
4.计算折射率调制 QP;b\11m  
0F3>kp4u  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 I{AU,  
'LOqGpmVc  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ?I0 i%nH  
!'gz&3B~h  
^&<*$Ai~  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 czb%%:EJs|  
TZP{=v<
 
@uE=)mP@  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 IMR|a*=`c  
X or ,}. w  
IL=v[)en4  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ZB2'm3'bh  
NY;UI(<]  
e-')SB  
0>;#vEF*1  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ~ghz%${`  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ICTtubjV"  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 9j2I6lGQ  
{UmCn>c  
5.X/Y采样介质 =c.q]/M  
aK&+p#4t  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 h.9Lh ;j  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 _]S6>  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 0oJ^a^|  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 Fp6Y Y  
X@:fW @  
 ke#;1  
,SM- Z`'  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 )
ra66E  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 (rG1_lUDu  
 应该选择像素化折射率调制。 j'i42-Lt/p  
{e%abr_B  
3uw7 J5x  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 @NNLzqqY  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 :.Q
e=}9  
xI: 'Hk1  
6.通过GRIN介质传播 \zI&n &T  
QP[a^5;Tt  
h3lDDyu  
V0 F30rK  
 通过折射率调制层传播的传播模型： KYu(H[a  
- 薄元近似 !~N4}!X3du  
- 分步光束传播方法。 ]k:m2$le  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 W#L"5pRg  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 8-"5|pNc  
 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）。 bXH^Bm  
$uw+^(ut  
7.模拟结果 i+[3o@  
<gdgcvd  
V0Z7o\-J  
8.结论 gc@#O#K~h^  
G\+nWvV7  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ~J-|,ZMd  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 P"x-7>c>Y  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。