[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 zF[kb%o  
gI~Ru8  
 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。 Y,RBTH  
 设计包括两个步骤： 3WZ]9v{k  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 >V2Tr$m j  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ypM0}pdvTp  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 lEL&tZ}  
+!\$SOaR{  
IP~*_R"bM  
照明光束参数 ^vS+xq|4"  
EtjN :p|$  
aF7" 4^P  
波长：632.8nm 9XImg
eAs  
激光光束直径（1/e2）：700um rK;F]ei  
l`G .lM(  
理想输出场参数 .>%(bH8S  
e|Rd#  
^a#Vp  
直径：1° y, @I6  
分辨率：≤0.03° M<hX!B  
效率：>70% 8<#X]I_eP+  
杂散光：<20% ~Wp>tnl  
ln-+=jk  
N2[EdOJT_  
2.设计相位函数 n@<+D`[.V  
h W\q  
tn&~~G~#  
[1K\ _  
 相位的设计请参考会话编辑器 *^e06xc:  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 0l=g$G \%  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 9(g?{6v|  
xs y5"  
3.计算GRIN扩散器 :_E=&4&g  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 T~@$WM(  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 c193Or'6Y  
 最大层厚度如下： gM~
dPM|  
^}vLZA  
4.计算折射率调制 $a|C/s+}7>  
mc
vd/  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 tfW*(oU  
OPHf9T3H  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 f}
Mx\dc  
7<;87t]]  
I/:M~ b  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 k`ulDQu
 
%2>ya>/M  
&Jw]3U5J  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 OIPJN8V  
?hu}wl)  
QS.t_5<U  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 Q'
xZ\t  
S?TyC";!  
r/E'#5 Q  
F*Lm=^:  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 &}%rZU  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ig|ol*~  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 E{+V_.tlu  
cYHHCaCS  
5.X/Y采样介质 &cy@Be}|T  
4mNg(w=NF  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 M{\W$xPL)  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 92zo+bc  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 7L68voC@U  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 F#d`nZ=M  
8
~Avg6,  
R)4L]ZF  
"\0&1C(G  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 B+W 4r9#  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 L9L!V"So1k  
 应该选择像素化折射率调制。 }s i{  
^0"W/  
';<gc5EK  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 H
jG!pO{  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 i%RN0
UO^  
gG5@ KD6k  
6.通过GRIN介质传播
8&T6  
L O)&|9xw  
8)n799<.  
Z:51Q  
 通过折射率调制层传播的传播模型： F/1B>2$`  
- 薄元近似 #bk[Zj&  
- 分步光束传播方法。 dk}T&qZ~p  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 v(PwE B]  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ="X2AuK%1$  
 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）。 Hqsj5j2i  
ibe#Y  
7.模拟结果 =/_tQR~  
w,uyN  
6KT]3*B   
8.结论 g~,"C8-H  
xz9xt  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 cPQUR^!5  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 7&ty!PpD  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。