[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 SQx):L)P6  
q;JQs: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。 >fQN"(tf  
 设计包括两个步骤： $ 7!GA9Bn  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 mYX) =
B{  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 c5pG?jr+d  
 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。 (5 hu W7v  
u>#'Y+7  
(1vS)v $L  
照明光束参数 sJ=B:3jS0  
wl9icrR>  
 `SrVMb(  
波长：632.8nm WH*&MIjAr/  
激光光束直径（1/e2）：700um 2T5ZbXc+x  
9m4|1)  
理想输出场参数 /.bwwj_;  
L4%LE/t|e  
^lj>v}4fkW  
直径：1° cB^lSmu5  
分辨率：≤0.03° ^`THV  
效率：>70% *1Q?~  
杂散光：<20% Vo()J4L  
va<pHSX&I@  
=j-{Mxb3  
2.设计相位函数 .+sIjd  
$-73}[UA 4  
g;T`~  
ML-g"wv  
 相位的设计请参考会话编辑器 >E3OYa?G  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 (B5G?cB9  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 Vv]mME@  
|n;7fqK  
3.计算GRIN扩散器 A:(uK>5{Kk  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 d
|3[MnU[a  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 #q%/~-Uk  
 最大层厚度如下： NT'Yh  
l]gfT&  
4.计算折射率调制 E:AXnnGKO  
X@rAe37h+  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 lKcnM3n  
XT)@)c7j  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 %o>1$f]  
e!#:h4I  
wB@A?&UY  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 u}$3.]-.?T  
%|Vq"MW,I  
XQ>m8K?\d  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 n7vi@^lf(  
uP:'e8  
gueCP+a_  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 pB`<4+"9  
Zr3KzY9  
ZC"p^~U_e[  
H`sV\'`!}  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 qmhHHFjQ  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 \TjsXy=:)  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 "Z <1Msz  
3~ylBJJ  
5.X/Y采样介质 hz!.|U@,{<  
[||$1
u\%  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 *=rl<?tX  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 {>#Ya;E  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 -4.+
&'  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 $P$OWp?b  
t5S S]  
~O!v?2it8q  
*5^h>Vk/  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ]'Bz%[C)  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 M%m$5[;n  
 应该选择像素化折射率调制。 k2~j:&p  
iVE+c"c!2&  
+NQw^!0qy  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 rRxqV?>n!  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ,xGkE7=5  
?(Nls.c  
6.通过GRIN介质传播 /)N[tv2  
>5\rU[H>  
r!+
)U#8  
b?z8Yp6  
 通过折射率调制层传播的传播模型： 8D-g%Aj-  
- 薄元近似 E8/P D  
- 分步光束传播方法。 {B34^H:  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 =4G9ev 4  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 \%UA6uj  
 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）。 "~tEmMz  
/p~gm\5Z  
7.模拟结果 *x$\5;A  
P:=3;d{v  
I%
|W O*x  
8.结论
}2}hH0R  
h/d&P  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 J*.qiUAgW  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 D+tn<\LF  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。