[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务  bU$M)  
}ZJJqJ`*e  
 本教程将介绍设计和分析生成Top Hat图案的折射率调制扩散器图层。 6UM1>xq9A  
 设计包括两个步骤： ei(S&u<  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 lPw`KW  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 xc,Wm/[  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 xM![  
dP=,<H#]m  
yaPx=^&  
照明光束参数 JC iB;!y  
j7~Rw"(XQc  
t]E@AJOK  
波长：632.8nm }!N/?A5  
激光光束直径（1/e2）：700um 8wMwS6s:  
a"^rOiXR{  
理想输出场参数 #wp~lW9!s9  
Rp0^Gwa  
=3EjD;2  
直径：1°  rp=Y }  
分辨率：≤0.03° [F 24xC+  
效率：>70% 6N[X:F 3`,  
杂散光：<20% r!~6.  
* 'Bu-
1{  
TT={>R[B  
2.设计相位函数 gv,1 CK  
sQn@:Gk  
MqRJ:x  
/Ow@CB  
 相位的设计请参考会话编辑器 9# #(B  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 & l0LW,Bx  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 !\!j?z=O8  
"(Nt9K%P)  
3.计算GRIN扩散器 Z=oGyA  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 0+/ew8~$  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 (wf3HEb_  
 最大层厚度如下： 0wt4C% .0  
?hYWxWW  
4.计算折射率调制 `eeA,K_  
"O~kIT?/v  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 g]E3+:5dk  
?_eHvw  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 SGu`vN]  
}=|plz}  
8vQR'<,  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ?C']R(fQ\  
y-{?0mLq  
AWi+xo|  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 + ]iK^y-.r  
*,28@_EwY  
tVh"C%Vkr  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 &Bqu2^^  
$laUkD#vz  
A9MTAm{  
z0Z1J8Qq6.  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 je%D&ci$  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 -b|"%e<'  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 qfjUJ/  
r1 b"ta  
5.X/Y采样介质 w~yC^`  
UG[r /w5(F  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 k8r1)B4ab  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 Jhfw$DF  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 J|vg<
[  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 e;2A{VsD8  
s6'=4gM  
#qW#>0U  
@8$z2  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 F x^X(!)~]  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 M6GiohI_"P  
 应该选择像素化折射率调制。 -hc8IS
 
J 5xMA-  
| AiMx2  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 RC?vU  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ?a)Fm8Y  
UmY{2 nzY  
6.通过GRIN介质传播 ;#9ioGx  
1}Y3|QxF  
#jd.i  
|>Fz:b d  
 通过折射率调制层传播的传播模型： SlwQ_F"4L  
- 薄元近似 Dt{WRe\#
 
- 分步光束传播方法。 Cc;8+Z=a?G  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 Sp*4Z`^je  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 9M5W4&  
 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）。 Qqx!'
fft  
$/|vbe,  
7.模拟结果 E(vO^)#  
a=`] L`|N  
w)B?j  
8.结论 zWH)\>X59  
-m@PqJF^  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 E@yo/S  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 7?{y&sf  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。