[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 (3 B; V  
\Q]2Zq  
 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。 N=-hXgX^  
 设计包括两个步骤： 27gK Y Zf;  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 \u:xDS
(  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ~,dj)x 3M  
 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。 670g|&v.  
mM>{^%2Q:  
% &{>oEQ  
照明光束参数 ,sXa{U  
iv\?TAZC  
(l9U7^S"{K  
波长：632.8nm c7S<ex,  
激光光束直径（1/e2）：700um N#Y4nllJ  
Xv6z>z.  
理想输出场参数 ~E#>2Mh  
R)ejIKtY  
pX|\J>u)
  
直径：1° _! \X>rfz  
分辨率：≤0.03° k$# @_  
效率：>70% j2g#t  
杂散光：<20% ZA+$ZU^  
Q:lSKf  
IZniRd;  
2.设计相位函数
sl>4O]N  
;OE{&  
bvs0y7M='  
Yw4c`MyL  
 相位的设计请参考会话编辑器 l8n#sGA%  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 >\[sNCkf  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 PUF"^9v  
5c`DkWne%  
3.计算GRIN扩散器 kR9G;IZ8s  
 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。 1KAA(W;nq  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 {SJ=|L6  
 最大层厚度如下： K-(,,wS  
>J|I  
4.计算折射率调制 rN8 ZQiJC  
x]J{EA{+  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 kfM}j
  
:/K 'P`JaL  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 !nC Z,  
&}wKC:LSP  
i=]IUjx<  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ,bKA]#(2  
C<eeAWP3v  
L*11hy
yk  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 k-Le)8+b  
JPS L-j  
!634 8nU:  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 (/Hq8o-Fw  
t? yMuK  
SG$/v  
VEd\*  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 GK2
IY  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 0+m"eGwTm  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 9Or3X
/:o  
:~{XL>:S  
5.X/Y采样介质 {M$mrmG  
yAi#Y3!::  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 HRC5z<k%  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 XGk8Ki3w  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 #}^
ZxEU  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 2u~0B +)K/  
N"2P&Ho]  
5MO:hE5sm  
A|c
:&i  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 tt6ElP|D  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 pzCD' !*  
 应该选择像素化折射率调制。 gPd:>$  
4qrPAt  
nZ$,Bjb
 
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 tQF7{F-}  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 NGd|7S[^+c  
/1gKc}rB2  
6.通过GRIN介质传播 q;}^Jpb;  
,.x5
 
\4bma<~a  
e*jn7aya  
 通过折射率调制层传播的传播模型： >Czcs=(L.k  
- 薄元近似 O_FT@bo\  
- 分步光束传播方法。 |&o1i~Y  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 Q{Jz;
6"
 
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ACU0  
 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）。 B@63=a*kG  
nv2Y6e}dG  
7.模拟结果 .1t$(]CyC  
tv,^ Q}  
 ?MPM@9  
8.结论 n,9 *!1y  
VjMd&>G  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 q(\$-Dk.Vv  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 tV[?WA[xt  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。