[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 yS@c2I602  
*_!nil3(i  
 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。 $!G7u<`na  
 设计包括两个步骤： l"f.eo0@7  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ^QpP'  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 1}Tbp_  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 vCb3Ra~L`  
B~D{p t3y  
E2Q;1Re@  
照明光束参数 QpBgG~h"  
=$X5O&E3'  
p3&/F=T;)  
波长：632.8nm V\W?@V9g-  
激光光束直径（1/e2）：700um g1@zk$  
dPc*!xrq  
理想输出场参数 f<=<:+  
s+#gH@c  
)iNMjg  
直径：1° ONH!ms(kb  
分辨率：≤0.03° aqQ YU5l4~  
效率：>70% F@1~aeX-  
杂散光：<20% 3=RVJb  
s )POtJ<  
Ynl^Z  
2.设计相位函数 ^ |z|kc
 
EcxPbRg  
aHNR0L3$}{  
j1Fy'os"!  
 相位的设计请参考会话编辑器 r{!]` '8  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ]JVs/  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 '-oS=OrZ  
,)TtI~6Q  
3.计算GRIN扩散器 lr'h  
 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。 Se.\wkl#Y  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 
k
|k  
 最大层厚度如下： |`+kZ-M*  
)r3}9J  
4.计算折射率调制 4nK\gXz19  
[=7=zV;}4  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 cKJf0S:cx-  
9^6E>S{=  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 N:?U
A  
"(zvI>A  
ZJ}9g(X..g  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 W/!M eTU&E  
e/Wrm^]y  
BgRfy2:  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 `Fnl<C<  
)9I>y2WU~  
m?'H7cFR  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 U_i%@{  
\UA\0p  
eG&\b-%  
3#N'nhUzA  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ]L+YnZ?6  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 3*)<Y}Tc  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 XtY!fo*  
8,B?!%FP  
5.X/Y采样介质 jBZlNEw  
4wYD-MB  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 % `Q
[?(z  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 hgIqr^N9  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 'NJGez'b,  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 \d"JYym  
Tzr_K  
gZA[Sq
 
rPhx^ QKH2  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 p]h;M  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。

-#<
6  
 应该选择像素化折射率调制。 8T6LD  
H#H@AY3Y  
4'3do>!  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 F.{{gpI  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 :rxS&5  
be?>C 5  
6.通过GRIN介质传播 mzw`{Oy>L  
kN7JZ12  
{ 0\Ez}  
KLb"_1z  
 通过折射率调制层传播的传播模型： :j(e+A1@  
- 薄元近似 <P
LQY  
- 分步光束传播方法。 5k:SD7^b  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 zT<fTFJ1  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 CFE  ubEb  
 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）。 LR:PSgy  
{!RDb'Zp  
7.模拟结果 @*?)S{8  
uqz HS>GM  
#jrtsv]  
8.结论 Vn&{yCm3  
\r %y^G  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 V52>K$j  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 r ^=rs!f@  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。