[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Ebq5P$  
Dnd  
 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。 ~&KfJ  
 设计包括两个步骤： 4!monaB"e  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 9Y/c<gbY  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 *, {b]6v  
 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。 bAW;2 NB  
z?yADYr9  
^&cI+xZ2Y  
照明光束参数 gzC\6ca
 
d<Z`)hI{K  
D|+H!f{k  
波长：632.8nm @AyC0}  
激光光束直径（1/e2）：700um 3Um\?fj>}(  
c[j3_fn1]  
理想输出场参数 dXdU4YJX  
.Q?AzU,2D  
40:YJ_n  
直径：1° 4uTYuaCNs  
分辨率：≤0.03° =e ;\I/  
效率：>70% }>p)|YT"/  
杂散光：<20% \x|(`;{  
FoEZ1O<  
f[dwu39k  
2.设计相位函数 0TVO'$Gvi  
VW'e&v1.  
YjsaTdZ!&  
`T~M:\^D  
 相位的设计请参考会话编辑器 m=opY~&h  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 @9QHv  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 Z9!goI  
us5`?XeX]  
3.计算GRIN扩散器 S"}FsS;k<?  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 }uZhoA  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ~(yh0V  
 最大层厚度如下： Y$'fds4P  
4>, <b1Y  
4.计算折射率调制 d;'@4NX5+  
ZPMX19  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 m_St"`6 .  
j)J4[j  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 qOk4qbl[  
E8?Q>%_  
@gTpiV2  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 x.45!8Zb  
27Lya!/  
X|8Yz3:o  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 KsHovv-A  
M/B_-8B_D  
Que)kjp  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 m2N ?Fg  
46$u}"E  
;rk}\M$+  
=D3Y q?  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 W]rXt,{&  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 Mu{mj4Y{  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。  5+VdZ'@  
iRPd=)  
5.X/Y采样介质 f2yc]I<lr~  
tCA |sN  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 TmO\!`  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 FJ#V"|}  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 qQVqS7 t  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 lW7kBCsz#  
_}Z*%sT  
vwP
516EM  
9]h
c{\  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 |F6C&GNYT  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 s$`evX7D  
 应该选择像素化折射率调制。 :Z`4ea"w  
t}TtWI  
rWa7"<`p  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 a1om8!C  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 %OW[rbE.  
Tk+\Biq   
6.通过GRIN介质传播 n>!E ]  
+IJpqFH  
9}3W0F;  
zW+Y{^hf  
 通过折射率调制层传播的传播模型： MA"iM+Ar  
- 薄元近似 \Z57UNI  
- 分步光束传播方法。 pk"JcUzR  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 qf7.Sh  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 "hQV\|!\  
 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）。 {|>~#a49h  
tT'd]  
7.模拟结果 %yptML9  
c*6o{x}K  
ZwG+rTW  
8.结论 orTTjV]_m  
=m-_0xo  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 [i&
z_e)  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 ~ocd4,d=  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。