[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 i3rvDch  
I;uZ/cZ|/  
 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。 fG0rUi(8  
 设计包括两个步骤： ?u'JhZ  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 ,XI,B\eNk  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ,#gA(B#  
 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。 [~f%z(vI  
s/`4]B;2U  
Uc<B)7{'  
照明光束参数 _GI [SzD  
`@")R-  
0Q
]x[;!k  
波长：632.8nm czdNqk.kh  
激光光束直径（1/e2）：700um 8 6?D  
PKwHq<vAsB  
理想输出场参数 frc>0\  
csH1X/3ha\  
2ZNTg@o  
直径：1° ~Jp\'P7*  
分辨率：≤0.03° v|t^th,  
效率：>70% n KDX=73  
杂散光：<20% ,5t.0XqS  
1,,o_e\nn3  
9);a0}*5  
2.设计相位函数 #u|;YC  
(+CB)nV0IA  
ra_`NsKF}  

XZZ Ml  
 相位的设计请参考会话编辑器 Yt0 l'B%[u  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Z-Bw?_e_K  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 3::DURkjf  
)-2OraUm<  
3.计算GRIN扩散器 c6E@+xU  
 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。 g2:^Z==  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 mBQ6qmK   
 最大层厚度如下： 1wE~dpnx  
Y]B2-wt-  
4.计算折射率调制 _9\ayR>d  
QmbD%kW`3  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 S[X bb=n  
WvUe44&^$  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 4=*VXM/  
5c3)p^]g  
19bP0y  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 [M Z'i/  
cXE42MM  
l4L&hY^  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 l_>^LFO
A  
t}_qtO7>  
&"K74  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 (!W:-|[K
\  
_4xX}Z;  
|1T2<ZT  
%I&Hx<Hj  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 Tj<W4+p{  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 k3}ymhUf  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 cDm_QYQ  
I$9t^82j  
5.X/Y采样介质 ?9 :{p  
gSL$silc  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 h&NcN-["  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 psgXJe$  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 #N[nvIi}  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 T AwA)Zg  
w[~$.FM/  
l?pZ
dAE  
x AkM_<  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Y>R|Uf.o z  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 F1w~f <  
 应该选择像素化折射率调制。 J0C,KU(  
b H?dyS6Bx  
&r/a\t,8n  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ;oH%d;H  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 TPvS+_<oL{  
{S'xZ._=  
6.通过GRIN介质传播 ?VC
b@&*  
kJZBQ<^  
ncu &<j}U  
4F??9o8}  
 通过折射率调制层传播的传播模型： N&-d8[~  
- 薄元近似 x\*`i)su  
- 分步光束传播方法。 LXJ"ct  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 6^if%62l&  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ,l.O @  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 9bNjC&:4/]  
TStu)6%`  
7.模拟结果 }f;Zx)!  
O5{ >k  
b U-C
d  
8.结论 zX{
[Z  
.B6$U>>NS^  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 g(;t,Vy,I  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 )DI/y1  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。