[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 QmQ=q7  
]i|h(>QWP  
 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。 I,E?h?6Y  
 设计包括两个步骤： *z5.vtfu!  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 U\g/2dM  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ew>XrT=Zm  
 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。 8o3E0k1  
vDp8__^  
S ^!n45l  
照明光束参数 P}Gj%4/G  
_zR+i]9   
~uj#4>3T  
波长：632.8nm LD+{o4i  
激光光束直径（1/e2）：700um T-'OwCB1q  
y`L>wq,KU  
理想输出场参数 y%&q/tk  
]3D0R;  
:N:yLd} &  
直径：1° S(k3 `;K  
分辨率：≤0.03° =rMUov h  
效率：>70% pd:WEI ,  
杂散光：<20% piJu+tUy  
`{f}3bO7C  
>"??!|XG^  
2.设计相位函数 ^ sOQi6pL  
*l"T$H   
NG=@ -eu  
`"Jj1O@  
 相位的设计请参考会话编辑器 LGq'WU31:)  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 YDIG,%uv  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 2bv=N4ly  
U&g@.,Y#  
3.计算GRIN扩散器 1D7nkAy  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 A
b~3{Q]#  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 uFX#`^r`  
 最大层厚度如下： {dhXIs  
1rNzJ;'  
4.计算折射率调制 WQx?[tW(U  
B?OFe'*  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 [T|aw1SoN  
2Sle#nw3  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 KKb,d0T[  
E:,/!9n  
?so=;gh  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 4(#'_jS  
kVuUjP6(c  
,cXD.y  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ADz ^\  
Z|&MKG24  
fnpYT:%fG  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 M f}~{+  
272q1~&  
9)D6Nm  
B+$%*%b  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 '@a}H9>}  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 -{KQr1{5UM  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 MH =%-S   
_no/F2>!/n  
5.X/Y采样介质 On8v//=&  
TeMHm?1^  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 eJrQ\>z]V&  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 55G+;  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 :W"~ {~#?  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 n|6Ic,:[  
bc7/V#W  
2\)xpOj  
_Ym]Mj' ln  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 <S5BDk  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 'HO$C,1]  
 应该选择像素化折射率调制。 @Y?#Sl*  
,xw#NG6  
~]nRV *^  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ,D5
cjaX<  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 biLs+\C  
*~2,/D  
6.通过GRIN介质传播 Tg7an&#  
ajve~8/&  
~Q*%DRd&Z-  
i9rN9Mq?O  
 通过折射率调制层传播的传播模型： j SHk{T!J  
- 薄元近似 ['b}QW@Fx  
- 分步光束传播方法。 {Je[ZQ$  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 gBd]B03  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 bAdn &  
 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）。 .7O*pJ2(H  
f<-Jg  
7.模拟结果 LmRy1T,act  
2"COP>  
)Fc%+TpKi  
8.结论 .[YuRLGz  
H h4WMZJG  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 n#mA/H;wV  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 X enE^e+9  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。