[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 B~O<?@]d  
(Bpn9}F-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。 ^0
I"  
 设计包括两个步骤： 7MKZ*f@x;  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 _tQM<~Y]u\  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 "0z4mQ}>N  
 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。 y^ st T^  
aHitPPlq  
nVP|
{M  
照明光束参数 VjeF3pmBa  
=#{q#COK$  
PbV1FB_  
波长：632.8nm jF#Dc[*  
激光光束直径（1/e2）：700um $L]M3$\9  
H5jk#
^FD  
理想输出场参数 j:^gmZ;J  
5OAb6k'  
ZlcEeG  
直径：1° -BwZ  
分辨率：≤0.03° !rZ
Z/M"i  
效率：>70% OU?.}qc<wE  
杂散光：<20% :j32 :/u  
6y{CM/DC  
? Z2`f6;W4  
2.设计相位函数 xxC2 h
3  
"5\6`\/
 
= ^%*:iT  
-V'Y
^Df  
 相位的设计请参考会话编辑器 vnlHUQLO  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 %."w]fy>P  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ^=gN >xP  
b<E78B+Aax  
3.计算GRIN扩散器 {~'Iu8TvZ  
 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。 | `?J2WGe  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 xd
4~[n\hm  
 最大层厚度如下： wS|hc+1  
?ihRt+eR~  
4.计算折射率调制 M~.1:%khM  
*c(YlfeZ#  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 $?;)uoAg  
\23m*3"W  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 pMf ?'l  
^--8 cLB n  
;2aPhA  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 `"#hhKG  
~L_1&q^4!i  
!&{"tL@.  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 r( bA>L*mk  
AO(zl*4  
b4(,ls  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 +u`4@~D#  
NBw{
 
%@HuAcNi  
9LSV^[QUH  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 sy(.p^Z  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 j.\0p-,  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 T^#d\2  
DyUS^iz~o  
5.X/Y采样介质 c1 j@*6B  
y#/P||PM  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 +$#h6V  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 "EZpTy}Ee  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 *rYPjk6g[  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 EZZE(dq@gf  
\0FwxsL  
]VS:5kOj`  
rrG}; A  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 `4ti?^BNm  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ({cWb:+r  
 应该选择像素化折射率调制。 m!3D5z]n9  
1'1>B  
0y2zjXM;3  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 bR?xz-g%<3  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 tHr4/  
` ^;J<l  
6.通过GRIN介质传播 @c).&7  
E *782>  
CQ7NQ^3k  
eWr6@  
 通过折射率调制层传播的传播模型： 6d3YLb4M$i  
- 薄元近似 J.]`l\

 
- 分步光束传播方法。 g`)0 wP  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ;/)$Cm&e  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 @S6@pMo,  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 \$gA2r  
G?Za/G  
7.模拟结果 % pAbk
b3m  
j' b0sve|?  
R^"mGe\LL  
8.结论 d?V/V'T[  
HmHM#~5(`  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 d<w]>T5VW  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 9~y:K$NO  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。