[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 az(u=}  
FS%Xq-c  
 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。 nKFua l3  
 设计包括两个步骤： 
& >AXB6  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 w*})ZYIUT  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 C^po*(W6  
 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。 (~r"N?`  
p5!=Ur&Ac  
r )cGee  
照明光束参数 +3 2"vq)_  
su}> >07  
dpO ZqhRs.  
波长：632.8nm t` R#pQ  
激光光束直径（1/e2）：700um iBy:HH  
Tsez&R$k  
理想输出场参数 "%
aJ'l2  
-Fodqq@,  
+jFcq:`#UG  
直径：1° zR'lQ<u  
分辨率：≤0.03°  R1YRqk  
效率：>70% Q'] _3  
杂散光：<20% ?~e 8:/@  
{XMF26C#  
\c&%F=1+*  
2.设计相位函数 g4WN+y`  
|0?h6  
8_MR7'C1hi  
aClXg-  
 相位的设计请参考会话编辑器 n"dC]&G'  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 k0{5)Su"xr  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 5MH\Gqe7  
Y!LcS48X  
3.计算GRIN扩散器 -X~VXeg  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 (~Pb,Q  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 #Sj:U1x  
 最大层厚度如下： MfhJ
b_q`  
/O1r=lv3Z  
4.计算折射率调制 p4;A[2Ot`:  
W8Z&J18AU  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 m$xL#omD  
48CLnyYiF  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 `}ak;^Me  
Kc+;"4/#q  
<@9p|[!  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 3jIi$X06  
#pbPaRJL(  
P agzp%m  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 \}Jy=[  
kAbRXID  
<N11$t&_  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 8BC F.y  
Yxye?R-:  
2]n"7Z8(v8  
)A9K
9pZj  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 N\?%944R  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 $d M: 5y  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 9"g=it2Rh6  
HDUtLUd  
5.X/Y采样介质 s7IaU|m  
LuQ4TT  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 CZ*c["x2  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 S+>1yvr),  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 >;}np F>  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 r- 0BLq]~{  
5;5;bBo~  
$F-qqkR$  
|><hdBQXX<  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Q.Hy"~  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 w}VS mt$F  
 应该选择像素化折射率调制。 j?D=Ij"o  
BRF=TL5Z  
EotZ$O=  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 m`!C|?hu  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 }R:eKj  
57e'a&}e  
6.通过GRIN介质传播 =s`\W7/;{-  
} 5i0R  
BX&bhWYGFX  
EzOO6  
 通过折射率调制层传播的传播模型： DytH} U"  
- 薄元近似 M7BCBA  
- 分步光束传播方法。 2%"2~d7  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 rmmN2+H  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 vwDnz/-  
 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）。 ]5W0zNb*  
O1IR+"0  
7.模拟结果 ?ihkV?;)  
3eQ-P8LS  
n5dFp%k  
8.结论 $},Y)"mI  
@O9.~6  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 GFasGHAw  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 P]:r'^Yn  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。