[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 E}AOtY5a  
56gpAc  
 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。 ?PVJeFH  
 设计包括两个步骤： ddvSi6  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 o#3?")>|  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 uT'_}cw  
 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}3<q   
VH[r@Pn  
K*iy^}  
照明光束参数 e~R; 2bk  
:K
.%^ag=j  
?#; oqH<  
波长：632.8nm Z0&^U#]  
激光光束直径（1/e2）：700um %x@ D i`
;  
NbOeF7cq+  
理想输出场参数 rt">xVl  
PN9^ sLx=  
Z|;<:RKWY  
直径：1° K$OxeJP?F  
分辨率：≤0.03° M S 3?#b  
效率：>70% } 8ZCWmd  
杂散光：<20% 0\v98g<[+  
HUqG)t*c1  
Td#D\d\R  
2.设计相位函数 3jF#f'*  
r=GF*i[3  
UjibQl3:m  
&:}e`u@5|  
 相位的设计请参考会话编辑器 #qkokV6`  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 z'@j9vT  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ^0"^Xk*  
RC
7|@a  
3.计算GRIN扩散器 0dS}pd">k  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 'J^ M`/  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 E)==!T@E  
 最大层厚度如下： QZy+`  
FTM(y CN  
4.计算折射率调制 is=sV:j:  
5G.Fi21 b  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 []HMUL]"  
.d< +-w2Mu  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 gcYx-gA}  
hUirvDvX  
HI/]s^aL  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。  !sda6?&  
_;
mN1Te  
blxAy  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 e$F]t*)Xa  
n8(B%KF  
y*2R#jTA  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 z0J$9hEg89  
p.K
X[I  
d,=Kv  
rkhQoYZ[  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 xe^*\6Y  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 CU=}]Y  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 !:e|M|T'I*  
9k
\`3SE  
5.X/Y采样介质 }* iag\  
|\Nj  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 a%*l]S0z"  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 VM{`CJ2  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 u2HkAPhD  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 @rs(`4QEh  
#.O,JG#H  
ht
c& !m  
xGbr>OqkTX  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 MWf]U  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 e;b,7Qw  
 应该选择像素化折射率调制。 f`<j(.{9F
 
w+VeT@  
UnNvlkjq9  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 yu"Ii-9z  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 dDH+`;$.  
g-'y_'%0G  
6.通过GRIN介质传播 D|I(2%aC  
h"VQFqQy  
0
eZfHW&  
&{QB}r  
 通过折射率调制层传播的传播模型： d7N;Fa3yL  
- 薄元近似 XfA3Ez,}  
- 分步光束传播方法。 `}o4&$  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 `NA[zH,w3  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 G%)?jg@EA  
 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）。 Wd4fIegk  
g+/%r91hZ  
7.模拟结果 4mOw[}@A  
<B

5^  
5@c,iU-L  
8.结论 g!n1]- 1  
>JT{~SRB|Y  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 a?'3  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 2{s ND  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。