[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 YJXh|
@LT  
/o![%&-l  
 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。 ]X4A)%i  
 设计包括两个步骤： ?OvtR:hC  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 a{69JY5  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 i~.L{
K  
 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。 i>q]U:U  
qV^,muyoG  
(+bk +0  
照明光束参数 E@P8-x'i  
hq$:62NYg  
EQz`o+  
波长：632.8nm Ry[V
En>C1  
激光光束直径（1/e2）：700um hU+sg~E  
#ra:^9;Es:  
理想输出场参数 !}Cd_tj6  
*)U=ZO6S  
+!dIEt).U  
直径：1° _~=X/I R  
分辨率：≤0.03° +'hcFZn(T  
效率：>70% lJu2}XRiU  
杂散光：<20% #U(dleT8  
T
Q.d|{B[  
E,u@,= j  
2.设计相位函数 avykg(  
wp-*S}TT  
z';p275  
xv9SQ,n<  
 相位的设计请参考会话编辑器 \ d+&&ns  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 .& B_\*  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 XQ%*U=)s  
70mQ{YNN  
3.计算GRIN扩散器 RAR"9 N .  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 S;MS,R  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 u==bLl=$  
 最大层厚度如下： b,$H!V*  
[F*t2 -ta  
4.计算折射率调制 uRh`qnL  
5L"{J5R}  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 [>oq~[e)?  
|Ah26<&  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 8 POrD8B  
yfnqu4Cn  
uqnoE;57^  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 BPIp3i  
959&I0=g"  
0:@:cz=#*  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 P'KaWu9z  
;mu9;ixZ  
c&e?_@}|  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ^EN_C<V;"d  
gk"S`1>  
^g$k4  
1%G<gbHpI  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ,pq<.?&E  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 "gfy6m  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 \RnGKQ"4  
Bi]`e_(}  
5.X/Y采样介质 g(7htWr4  
Ultx|qU  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 dur}3oS0p  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 'sn%+oN  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 F=EAD3  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 B)Hs>Mh|W  
cm
mH)6c>  
403%~  
FZ6.<wN  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 eOt T*  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 K8$Hg:Ky-/  
 应该选择像素化折射率调制。 xC9^x7%3O  
-IMm#  
aEW Z*y  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 p{"p<XFyO  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 .;u(uB;J6  
?g&6l0n`  
6.通过GRIN介质传播 z1aApS  
zU:zzT}|TZ  
y/K%F,WMf  
Uq 2Uv  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ]F r+cP  
- 薄元近似 `zAV#   
- 分步光束传播方法。 VZ&>zF  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 H'-Fv!l?  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 D9B?9Qt2[  
 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）。 [R)?93  
;'{:}K=h  
7.模拟结果 8c\mm 0n  
S U~vS
  
%f\ M61Z  
8.结论 .^N+'
g  
s[)2z3  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 =i~/.Nu&  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 W@GcE;#-  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。