[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Mg^.~8\de  
8j%hxAV$  
 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。 `|
d&ta[{  
 设计包括两个步骤： {nyVC%@Y  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 qwmZOR#  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Z2soy-  
 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。 }2i3  
3G9AS#-C  
pGhA  
照明光束参数 MF%>avRj  
dab[x@#r>  
^d[s*,i?  
波长：632.8nm ?iQA>P9B  
激光光束直径（1/e2）：700um r-SQk>Y}  
Y/aNrI
K7  
理想输出场参数 '.&z y#  
qGgqAF#B  
JJe?Zu\  
直径：1° ngC|BLT%h  
分辨率：≤0.03° 2(Ez H  
效率：>70% ]/C1pG*o  
杂散光：<20% h=Xr J  
U3zwC5}BN  
$xU5vCwAo  
2.设计相位函数 )$ +5imi  
7 *#pv}Y  
2n`OcXCh/  
Axtf,x+lH  
 相位的设计请参考会话编辑器 !Qd4Y=  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 |K%nVcR=  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 qp@:Zqz8  
!ENb \'>J>  
3.计算GRIN扩散器 .5PcprE/  
 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。 B{0m0-l  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 1vF^<{%v  
 最大层厚度如下： Im\{b=vT  
!SFF 79$c  
4.计算折射率调制 i C nWb  
utz!ElzA  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 !pNY`sw}  
'nFqq:2Xa  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 tE: m& ;I  
e2v[ma-  
3B<$6  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 }FTyRHD|  
oKJj?%dHK9  
N?'V,p 0=  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 U_UX *  
5r:SBt|/  
aiKZ$KLC  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 n>Rt9  
G^]7!:0  
4oF8F)ASj  
7O)U(<70  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 h>6'M  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 [7~ !M*o9  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 <E(#;F^y  
[kyF|3k~  
5.X/Y采样介质 hoc$aqP6pp  
>!
OD[9  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 1>"K<6b+  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 xsx @aF  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 N%A[}Y0;MW  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 - T,;Fr'  
K>h=  
D! 1oYr  
O6^>L0'  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 T #&9|  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 -$E_L:M  
 应该选择像素化折射率调制。 pr8eRV!x  
<|M cE  
Bf;dp`(/
 
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 99@uU[&IJ  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 8Vkw vc  
oyBBW?m  
6.通过GRIN介质传播 JRkC~fv  
SsDe\"?Q  
&i8AB{OU  
t%e}'?#^  
 通过折射率调制层传播的传播模型： /HsJyp+t  
- 薄元近似 /RuGh8qzP  
- 分步光束传播方法。 8I)66  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 a W`q  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 O!}TZfC  
 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）。 Fg)Iw<7_2  
.$/Su3]K/  
7.模拟结果 O+Fu zCWj  
{$,e@nn  
Wc4F'}s  
8.结论 bb#F2r4  
8,pnm  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 oZxC.;xJ  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 bwG2=  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。