[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 +yP!7]  
%)lp]Y33  
 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。 [7@g*!+d  
 设计包括两个步骤： U+!RIF[Je  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 "|8oFf)l@B  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 =npE?wK  
 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_3s\  
[KK |_  
?),b902C  
照明光束参数 6j6CA?|  
#|b*l/t8  
{fXkbMO|  
波长：632.8nm vXDs/,`r  
激光光束直径（1/e2）：700um 9[.HWe,  
^~H}N$W"-q  
理想输出场参数 KO

y{?  
i|^Q{3?o#  
6iU&9Z<%  
直径：1° #%E`~&[  
分辨率：≤0.03° ~tp]a]yV  
效率：>70% K}l3t2uk  
杂散光：<20% /whaY4__O\  
,sL'T[tuiU  
59Pc:Gg;  
2.设计相位函数 ?Y~t{5NJR  
[bh?p+V  
TWRP|i!i  
H+[?{+"#@l  
 相位的设计请参考会话编辑器 kOQ)QX  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 B"GC|}N)v  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 o+1(N#?m9  
7%^G]AFi  
3.计算GRIN扩散器 O)dnr8*  
 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。 wp?:@XM  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 S8#0Vo$)a  
 最大层厚度如下： -$Fj-pO\  
DN2 ]Y'  
4.计算折射率调制 ]U>MYdGWb  
!eyLh&]5  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 v?`R8  
IBT>&(cnV  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 vvxxwZa=O  
`yfZ{<  
xTAfVN  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 2b$>1O&2  
Orq/38:4G  
_
5p$#U`  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 WzzA:X  
TUp\,T^2  
|=}+%>y_  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ]K(a32VCH  
e@h{Ns.1-  
G+c&e:ip<  
&hWELZe0vv  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 *u$aItx  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ,l>w9?0Z  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ]KFh1  
CF;Gy L1M  
5.X/Y采样介质 x@  =p  
Z[@ i/. I  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 oKn$g[,SJh  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 N?@^BZ  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 zB%~=
@Q^6  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 f+:iz'b#U  
[E9iuym  
,Q"'q0hM=  
;<FAcR  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 o9xc$hX}  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 [Hx}#Kds  
 应该选择像素化折射率调制。 ?AFb&  
s@L ;3WdO  
)q<VZ|V  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 Y(,RJ&7  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 2? E;(]dQ  
5p.rd0T]l3  
6.通过GRIN介质传播 ]xvA2!)Q  
g(&cq  
R2)@Q  
?xaUWD  
 通过折射率调制层传播的传播模型：  9tpyrGv  
- 薄元近似 :j]6vp6  
- 分步光束传播方法。 <Y)14w%  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 5X0ex.  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 ,3?=W/Um4  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 phDIUhL$z  
b()8l'x_|K  
7.模拟结果 J^"_H:1[  
 hE:~~ox  
xC< )]  
8.结论 [],[LkS  
0Jv6?7]LKa  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 `ulQ C  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 >)K3  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。