[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 @4B2O"z`  
"x$S%:p  
 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。 25ZGuM  
 设计包括两个步骤： M7Hk54U+t  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 pr0V)C6  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ;+b}@e  
 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。 #-HN[U?Gs  
khv!\^&DD  
FVQWz
[N  
照明光束参数 -;`W"&`ss  
n"K7@[d  
HIa$0g0J  
波长：632.8nm }5tn  
激光光束直径（1/e2）：700um Eq<#pX6  
0RSa{iS*A  
理想输出场参数 H@j^,  
t2Y~MyT/  
WNYLQ=;  
直径：1° \+AH>I;vO  
分辨率：≤0.03° };!c]/,  
效率：>70% 610k#$  
杂散光：<20% VD3[ko  
+li^0+3-'  
iRVLo~  
2.设计相位函数 1aT$07G0  
gq@."wHU  
6~/H#8Kdn  
U;q)01  
 相位的设计请参考会话编辑器 X*yl%V  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 #dfW1@m  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 0?h .X=G  
V7@xr M  
3.计算GRIN扩散器 T+ t-0k  
 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。 vZDQ@\HrC  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 &^7)yS+C  
 最大层厚度如下： 4#YklVm
 
5k(#kyP  
4.计算折射率调制 t3
XMQ']  
&sRJ'oc  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 l&A`  
(os7Q?  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 KE3v3g<  
^,5.vfES  
>lW*%{|b$^  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 T:&+#0<  
<FK><aA_i*  
awK'XFk  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ~<U3KB  
R`&ioRWj  
T7Ac4LA  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 >dl!Ep  
K]oPh:E  
Wd}mC<rv1  
gZUy0`E  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 >8tuLd*T  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 _YS+{0 Vq%  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 :qp"Ao{M  
&F}+U#H  
5.X/Y采样介质 !%X`c94  
_2Z3?/Y  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ;Z_C3/b  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ]`XuE-Uh  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 hrD6r=JT<~  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 !q/lgpEi  
-!cAr <  
K
IFx&A  
[VW;L l  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 TH!8G,(w  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 g4X,*H  
 应该选择像素化折射率调制。 wVOL7vh  
`RcNqPY#S  
J

":9  
 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;_w  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 &^_(xgJL  
h12wk2@P/]  
6.通过GRIN介质传播 [BBKj)IK  
C#&6p0U  
RKkI/Z0  
E3skC%}  
 通过折射率调制层传播的传播模型： syf"{bBe  
- 薄元近似 88$Y-g5*  
- 分步光束传播方法。 {UBQ?7.jE  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 I)6Sbt JV^  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 WtfOE@h  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 L"I] mQvd  
`Qf :PX3  
7.模拟结果 fNPj8\#V,  
S\5k'ifh  
qo-F9u1J  
8.结论 dt+ 4$  
Td1ba^J  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 &2=KQ\HO  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 #cG479X"  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。