[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 ;DC0LJ  
X$/3  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 ||`w MWq  
 设计包括两个步骤： +n,8o:fU:  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 FPaj p  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 1GOa'bxm  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 |r}%AN6+  
gywI@QD%#  
`Kym{og  
照明光束参数 UgJlXB|a%2  
mI9h| n  
zmr=iK  
波长：632.8nm e7,iO#@:m  
激光光束直径（1/e2）：700um pC8(>gV<h  
:U)e 8  
理想输出场参数 7S] h:q%%  
N#7]xL  
eoEb\zJ  
直径：1° eVU:.fx  
分辨率：≤0.03° EyBdL  
效率：>70% M|n)LyL  
杂散光：<20% U&u7d$ANP  
Ub3,x~V  
q{U -kuui  
2.设计相位函数 OzO_E8Kb\  
/@3+zpaw X  
GbP!l;a  
@;rVB  
 相位的设计请参考会话编辑器 GGJ_,S*  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 1/c
b;:h>  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 '')G6-c/  
cYbO)?mC_  
3.计算GRIN扩散器 .z[+sy_  
 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。 ,1~Zqprn  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 Phb<##OB  
 最大层厚度如下： "*7I~.7U(*  
A:D\!5=  
4.计算折射率调制 <U~P-c tN  
ZM|>Va/X  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 3\4Cg()  
E32z(:7M  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 +Og O<P  
{;p/V\  
66|lQE&n  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Rw/G =zV@2  
9&d BL0  
{#[a4@B0  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 W2<X 5'  
yBl<E$=  
kBONP^xI  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 _p_F v>>:  
}K*ri  
VqbiZOZ@  
wZC'BLD  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 s]I],>}RU  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。
PN'8"8`{  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 &a|oJ'clz  
#-@{rgH  
5.X/Y采样介质 -"cN9RF  
$<aBawLZO  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 QqwXFk  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 `Ch6"=t  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 a6]!4  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ScTqnY$v  
@i`g
R%  
r[,KE.^6~#  
b~Ruhi[E  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 5sE^MS1  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 G{"1I
 
 应该选择像素化折射率调制。 TtvS|09p;  
MO D4O4z&  
-0]aOT--  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 RhJ<<T.2  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 A]J^{h0k  
2Z97Tq  
6.通过GRIN介质传播 tS9m8(Hr%Q  
$`oA$E3  
 jPs+i  
-?]ltn9!  
 通过折射率调制层传播的传播模型： YL.z|{\e  
- 薄元近似 "/"qg  
- 分步光束传播方法。 oF>GWstTR  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 q-RGplx  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 %*gO<U4L]  
 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）。 zm"\D vN)  
[yyV`&  
7.模拟结果 vr vzV  
l6WcnJ  

xC{NIOYn'  
8.结论 ~mp$P+M(%p  
9s!/yiP5  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 _qg6( X  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 joA+  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。