[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 \rnG 1o  
JGNxJ S<]  
 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!0+RP(  
 设计包括两个步骤：  YaZ"&i  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 9PfU'm|
h  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 o 0 #]EMr  
 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。 .t%Vx  
$U.'K!B  
X|B;>q
 
照明光束参数 4g^+y.,r_f  
tNf" X!  
t4c#' y  
波长：632.8nm [k{iN1n  
激光光束直径（1/e2）：700um Q3{&'|}^2  
>"{zrwNq  
理想输出场参数 cQ ;Ry!$  
xi^e =:;`  
4'[ V'c\  
直径：1° +\$|L+@Z  
分辨率：≤0.03° l%5%oN`4  
效率：>70% ]@}BdMlHp  
杂散光：<20% ?v~3zHK  
/%w[q:..h  
R'HA>?D  
2.设计相位函数 0BD((oNg  
;<R_j%*  
ga9:*G!b{)  
0lh6b3tdP  
 相位的设计请参考会话编辑器 >^HTghgRD  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 y%l#lz=6  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 cyeDZ)  
r:rJv  
3.计算GRIN扩散器 ,T[ +omo  
 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。 %Z0S"B 3  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 9yAu<a  
 最大层厚度如下： (,y/nc=GN  
vs5wxTM  
4.计算折射率调制 [mvHa;-w  
l<%~w U  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 tX}S[jdq  
,WK$jHG]  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 5FKd{V'  
g}KZL-p4\m  
]arskmB]  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ,X6j$YLWp  
}Cg~::,"  
agD.J)v\  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 `I{Q,HQ7  
CxQ,yd;>  
>iJuR.:OO  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 (.+n1)L?  
'PbA/MN  
Z"T(8>c;g  
Ls*=mh~IY  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 aC
 0Jfo  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 2MeavTr  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 U# B  
VbR.tz  
5.X/Y采样介质 :!hH`l}p  
EBLoRW=8ld  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 XLxr~Yo  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ^SCWT\E  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 RVx<2,['  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 rM |RGe  
$c47cJO)W  
X\RTHlw']  
B[V=l<J  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 x0GZ2*vfsb  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 J)NpG9iN
 
 应该选择像素化折射率调制。 s'
4p+eJ  
V1;-5L75  
$g;xw?~#  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ro@BmRMW  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 k0?6.[ku  
&nProzC  
6.通过GRIN介质传播 SiT &p  
.5xg;Qg\Y  
UkV] F
]  
4/|=0TC;  
 通过折射率调制层传播的传播模型： g2q=&eI"  
- 薄元近似 9Z 4R!Q  
- 分步光束传播方法。 k>`X! "  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。  ]plC  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 -2_$zk*n  
 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）。 5yID%  
$ 1ZY Vw  
7.模拟结果 bP@_4Dy  
CG;D(AWR;  
?#m5$CFp  
8.结论 {5JXg9um  
(C%'I  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 wQc w#  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 i\G3 u#  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。