[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 /?zW<QUI  
B$`lYDqaG  
 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。 j=.g:&r)  
 设计包括两个步骤： qCJ=Z  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 t,vTAq.
))  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 sdF3cX  
 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。 :+kUkb-/  
+|nsu4t,<  
bBE^^9G=Z  
照明光束参数 l6B.6 '4)w  
"zZ&n3=@  
)Ul&1UYA  
波长：632.8nm 2uo8jF.h  
激光光束直径（1/e2）：700um uU+s!C9r  
$ WFhBak8  
理想输出场参数 
/;UTC)cJ  
tmxPOe  
PbUI!Xqe`  
直径：1° mW$ot.I  
分辨率：≤0.03° X"J%R/f  
效率：>70% S_!R^^ySG9  
杂散光：<20% q=[U}{  
`p"U  
lZ~+u  
2.设计相位函数 px&=((Z7>  
gLCz]D.'  
*7vue"I*Z  
Pw#2<>  
 相位的设计请参考会话编辑器 #6FaIq92V  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 3GWrn,f  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ag/u8  
7jZrU|:yu(  
3.计算GRIN扩散器 j];1"50?  
 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。 )K.R\]XR  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 uf0^E3H  
 最大层厚度如下： VEo^ :o)r  
s@M  
4.计算折射率调制 g Np-f  
B=x~L  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 sRil>6QR  
}Ch[|D=Wd6  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 rH^/8|}&s  
@S}|Ccfc_  
IgiqFV{  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 bfc.rZ  
(jneEo=vr  
]*h&hsS0  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Gm*Uv6?H?  
0JOju$Bl,  

<lX:eR1  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 pgfu+K7?w  
<VgE39 [  
$@4e(Zrmo  
`w(sXkeaI  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 :6sGX p  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 S&`O\!NF  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 4}PeP^pj  
(HaU,vP  
5.X/Y采样介质 o[H\{a>  
zXDd,ltm  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 nvwDx*[qN  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 {9,R@>R  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 =z']s4
  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 \
6jF{  
7@\GU].2  
*@=fq|6l 2  
)[RpZpd`*  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 )m>6hk  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 w-8)YJ Y  
 应该选择像素化折射率调制。 K-ju,4A  
pIrv$^  
"Vq@bNtu+  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 |4LQ\'N&  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ?RqTbT@~  
T=Ol`?5  
6.通过GRIN介质传播 =NI.d>kvC  
xQ_:]\EZ  
)SC`6(GW  
tgS+"ugl  
 通过折射率调制层传播的传播模型： V=Ww>  
- 薄元近似 [_h.1oZp~  
- 分步光束传播方法。 >J?jr&i  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 +KYxw^k}"7  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 Zt7hzW  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 t PAt?  
Rqt[D @;m  
7.模拟结果 >zN" z)  
6Eij>{v  
yDDghW'\WU  
8.结论 z1)$  
m.|qVN  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 Bl:{p>-q  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 O>kXysMv>  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。