[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 (?1$  
"{D/a7]lC  
 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。 ?Cf'IBpN  
 设计包括两个步骤： Zio!j%G  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 GE!nf6>Km  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 :;eOhZ=_  
 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。 q%;cu1^"M  
~&)\8@2  
LvG$J*  
照明光束参数 "H(3pl.  
2v ~8fr4
  
3?FY?Q[  
波长：632.8nm }}TPu8Rl  
激光光束直径（1/e2）：700um ^R@)CIQ  
2PSExK57  
理想输出场参数 GCN-T1HvA2  
fL2P6N@  
YM_[   
直径：1° cwzkA,e@  
分辨率：≤0.03° $EFS_*<X  
效率：>70% g3
kbsi7_:  
杂散光：<20% \2y/:  
1M??@@X  
M8WjqTq  
2.设计相位函数 lF(v<drkB  
L%v@|COQ3  
cOP'ql{"  
45.ks.  
 相位的设计请参考会话编辑器 F(`|-E"E;  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 D*-  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 S&UP;oc  
; j
.d  
3.计算GRIN扩散器 8wkhbD|;  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 xFp$JN  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 2K>1,[C'Z  
 最大层厚度如下： 'Jf LTG.  
*]yrN`  
4.计算折射率调制 tP|/Q5s  
Gn 9oInY1  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 :} =lE"2  
QO;Dyef7b  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 /a32QuS  
M%ecWr!tj  
yGtTD9j  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 |E6_TZ#=  
kfas4mkc  
s*gqKQ;  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ir.RO7f  
,4"N7_!7  
2EM6k|l5  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 }'wZ)N@  
A-4;$ QSm  
IWv5UmjN  
^)]U5+g?  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 [(*Eg!?W
=  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 hev;M)t  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 iqB5h| `  
i=<;$+tW  
5.X/Y采样介质 _}p[(sTV  
*ilh/Hd>  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 :u9'ZHkZ  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 #:BkDidt2v  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 $>#0RzU  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 h'em?fN(  
}d;2[fR)  
[r"Oi| 8I  
BJ5
MCb.w  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 '9u?lA^9$  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 !aUYidd  
 应该选择像素化折射率调制。 15J"iN2"W  
E'4Psx9: =  
sTP\}  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 tx d0S!  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 R4 eu,,J  

39O rY  
6.通过GRIN介质传播 4Lg ,J9  
 I\_2=mL  
99*k&mb  
py\:u5QS  
 通过折射率调制层传播的传播模型： $)NS]wJ]3  
- 薄元近似 sm'_0EUg  
- 分步光束传播方法。 `>UUdv{C  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 %`
k [xz  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 N,lr~6)  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 s1wlOy  
|HT7m5tu4  
7.模拟结果 *;}xg{@  
nG4ZOx.*1g  
5FJLDT2Lg  
8.结论 Mrgj*|  
(/$-2.@  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 '|=
Pw  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Lqxhy s  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。