[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 r`E1<aCr|  
7!yF5+_d  
 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。 \3:{LOr%*  
 设计包括两个步骤： hr}R,BR|  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 1oW]O@R  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 @XG`D>%k  
 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。 yI|?iBc7nC  
+MoxvW6  
b%~3+c  
照明光束参数 ` Ehgn?6'  
!VZCM{  
i$Zpo
M  
波长：632.8nm H><mcah  
激光光束直径（1/e2）：700um PQ#-.K  
,HO/Q6;N  
理想输出场参数 AQNx%  
SF
PIr0 u  
vFvu8*0  
直径：1° X1z0'gvh  
分辨率：≤0.03° ,'{B+CHoS  
效率：>70% Eq.zCD8A  
杂散光：<20% ?}Ptb&Vk(  
*M!YQ<7G^d  
vc1GmB  
2.设计相位函数 A)a+LW'=u  
LYT<o FE-  
EsxTBg  
[Ik B/Xbw|  
 相位的设计请参考会话编辑器 9oN'.H^  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Oy`\8*Uy__  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 9d(v^T  
p~;z"Z  
3.计算GRIN扩散器 pC.P  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 2<./HH*f  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 [&kk  
 最大层厚度如下： Us~wv"L=UX  
zyn =Xv@p  
4.计算折射率调制 b020U>)v  
(S 3kP5:F  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 E1Aa2  
f!Nc+  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ['`'&+x&!  
_Wsk3AP  
 X_S]8Aa  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 t"Rf67  
|N.q[>^R  
-@?>nLQb  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 ]1$AAmQH  
DQXx}%Px  
U1tPw`0h  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 t7%Bv+Uo  
tD482Sb=  
X"59`Yh  
@!HMd{r  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ptL}F~  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 BnY|t2r  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 znpZ0O\!  
FOyfk$  
5.X/Y采样介质 v"TH[}C9D  
2*E<G|-F  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 K4L#%KUPW  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 R.$Y1=U6  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 e
%7P$.  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ZlXs7 &_  
62E(=l  
oQB1fs  
SvrV5X  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 0n^j 50Yq  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 O3GaxM\x  
 应该选择像素化折射率调制。 KywT Oq  
vv_?ip:t  
TyXOd,%zl  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 /'+JP4mK  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 $l"(tB7d  
2xm?,p`  
6.通过GRIN介质传播 I#e*,#'S  
LM`#S/h  
$ $+z^%'_  
2Rt ZTn  
 通过折射率调制层传播的传播模型： o?8j*
]  
- 薄元近似
g 0=t9J  
- 分步光束传播方法。 5mBk[{  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 f 8U;T$)  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 '*.};t~;"d  
 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）。 1 .k}gl0<  
P3>2=qK"E(  
7.模拟结果 +}'K6x_  
CtxK{:  
EFOQ;q  
8.结论 M,lu)~H  
x&p=vUuukP  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。  =7@  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 6?~pjMV  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。