[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 b/UjKNf
@  
w/wU~~  
 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。 cJ#%OU3p  
 设计包括两个步骤： yb-/_{Y  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 "uU[I,h  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 #1[Q?e4,0  
 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。 2(>=@q.1H  
e ls&_BPE  
T2}ccnDi  
照明光束参数 `$>cQwB,D  
pJ_>^i=  
wb6$R};?  
波长：632.8nm /i IWt\J  
激光光束直径（1/e2）：700um h
<F
Ee~  
7J$Yd976  
理想输出场参数 Iq(;?_  
6'JP%~QlS  
y:dwx*Q9I  
直径：1° Ts3(,
Y  
分辨率：≤0.03° `bEum3l\6]  
效率：>70% 5YgUk[J  
杂散光：<20% Eq'oy~.oV  
nXxSv
~r  
}9>X M  
2.设计相位函数 {-,^3PI\  
3bMUsyJ2  
Clzz!v  
-1 _7z{.  
 相位的设计请参考会话编辑器 bn8?-  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Tp%4{U/0`  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 -u%'u~s  
{y7,n  
3.计算GRIN扩散器 G+l9QaFv  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 <>K@#|%Y&  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ]@7]mu:oL  
 最大层厚度如下： -~imxPmZ  
g bwg3$!9  
4.计算折射率调制 me/ae{  
(?pn2- Ip  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 be5NasC  
(r )fx  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 fY9/u=  
Mq$Nra  
U-3uT&m*9.  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 sYY=MD  
&_y+hV{  
9C)w'\u9+  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 @DYkWivLu  
/WIHG0D  
Gq
r(.  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 blA]z!FU  
7&9'
=G  
r.;(Kx/M  
IWcYa.=tZ  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 `)R@\@jt  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ;j/-
ndd&&  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Q{Lsr,  
5PlTf?Ao  
5.X/Y采样介质 'zhw]L;'g  
^R4eW|H  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 WtTwY8HC  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 zorTZ #5  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 x9NLJI21/  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 `N"fsEma  
;zO(bj>  
=pS\gLQu  
!&Q3>8l  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 KCed!O
J+  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 \$h LhYz-  
 应该选择像素化折射率调制。 ?y{C"w!   
2JYt.HN  
[\&Mo]"0  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 p=(;WnsK  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 c#e_Fs  
W+~ w  
6.通过GRIN介质传播 >9g`9hB  
9c=_p'G3Fw  
RfB""b8]=  
^"%SHs  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Zh.fv-Ecp  
- 薄元近似 hoihdVjv  
- 分步光束传播方法。 9Yowz]')  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 2eu`X2IBcT  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 z~xN]=  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 v;;X2 a1k  
\6Ze H  
7.模拟结果 va8V{q@t'  
UG>OL2m>5  
G1~|$X@@  
8.结论 BifA&o%  
L/GM~*Xp(O  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 `R^g[0 w'  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 S~F:%@,*  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。