[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 sY=fS2b#)  
(
ydu
U  
 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。 [EDw0e  
 设计包括两个步骤： xQa[bvW  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 `J^J_s  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 cjf}yn  
 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。 #e0tT+  
6|m
1z  
N0h"EV[  
照明光束参数 C26PQGo#$  
\eE0Rnaf-  
iKa}@U  
波长：632.8nm <`sVu  
激光光束直径（1/e2）：700um Pq~"`-h7:  
<L@0w8i`  
理想输出场参数 >A|6kzC  
8@|_];9#.  
. \*Z:  
直径：1° .!Kdi|a)  
分辨率：≤0.03° KL!k'4JNY  
效率：>70% ^9o;=!D!9  
杂散光：<20% \Nu(+G?e  
e =V
u;  
G6xdGUM  
2.设计相位函数 J4h7] qt  
ho2o/>Ef3  
Y'-BKZv!  
ehI*cf({  
 相位的设计请参考会话编辑器 \pB"R$YZ6  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ="RDcf/  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 4_J* 0=U  
L$h.VQv+  
3.计算GRIN扩散器 oYnA 3  
 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。 WEUr;
f  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 l}%!&V0  
 最大层厚度如下： HFBGM\R02  
zv!%u=49  
4.计算折射率调制 Qv,|*bf  
=M)>w4-  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 +/7UM x1  
`h(JD$w  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 `!DrB08A  
)H#Hs<)Qy  
_wKFT>  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 R>Fie5?  
*@lNL=%R  
/s(/6~D|  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 QP)-O*+AA
 

,IxAt&kN  
-*k%'Gr  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 (1%u`#5n-N  
g4P059  
O82T|0uw  
TS)p2#  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 _(3VzI'G  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 /}r%DND'  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 *nluK  
|Rw0$he  
5.X/Y采样介质 :^71,An >E  
||cG/I&,  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 W
u<  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 BQmg$N,F  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 QS,IM>Nr  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 v&i M/pJU  
|[}YM%e  
xIf,1g@Cq9  
Axhe9!Fm  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 nZhL  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 x
vQJTRk  
 应该选择像素化折射率调制。 1j# ~:=I  
RtGETiA\b  
l.\Fr+*ej  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 Il%LI  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 mfQQ<Q@  
%YM4x!6  
6.通过GRIN介质传播 6*gMG3  
XgP7 !  
rJ]iJ0[I  
1bF aQ50t  
 通过折射率调制层传播的传播模型： j?29_Az  
- 薄元近似 Aga2 I#1r  
- 分步光束传播方法。 WmP"u7I4  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 L
peQx\  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ^IOf%  
 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）。 *L%HH@] %_  
Kjc"K36{L  
7.模拟结果 
]8*g%  
_W/s=pCh  
'W3>lAPx!  
8.结论 *4Y1((1k
 
N\l\ M  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 Zk"'x,]#  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 6E{HNPMb>  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。