[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 q;Y9_5S  
N{lj"C]L  
 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。 ]6PX4oK_t  
 设计包括两个步骤： %TO=]>q  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 :j
sa.X  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 %]~XbO  
 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。 ,d^ze=  
a,B2;4"  
i{['18Q$F3  
照明光束参数 d@+}_R"c  
2!6+>nvO  
X)-9u8  
波长：632.8nm ~j1.;WId[  
激光光束直径（1/e2）：700um \t'v-x>2y5  
$Vu%4kq  
理想输出场参数 &) '5_#S  
jGM+  
t>W^^'=E  
直径：1° XDtr{r6z  
分辨率：≤0.03° ?A!Lh,  
效率：>70% ."N`X\  
杂散光：<20% |*~=w J_  
UKIDFDn6_  
t}Z*2=DO  
2.设计相位函数 OokBi 02b  
y:FxX8S$'e  

}~8/
a3  
WK{{U$:$  
 相位的设计请参考会话编辑器 t>04nN_@,s  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ?dWfupO{  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 3YtFO;-  
I'23$IzPA  
3.计算GRIN扩散器 $_
2S,3 }  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 SUSam/xeg"  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 =1rq?M eX  
 最大层厚度如下： |FF"vRi8a7  
C'iJFfgR  
4.计算折射率调制 (thDv rT@2  
oiG@_YtR  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 (kECV8)2  
o6@Hj+,,  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 w(lxq:>"  
c0lVt)pr/  
gk%8iT  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Bld%d:i  
;$ot,mH?T  
u )'l|Y  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。
 (h"Yw  
c
)N&}hFYC  
j( *;W}*^  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 8vN}v3HV&  
Y0kDHG  
N9W\>hKaeh  
W]8tp@  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 VrV* -J'  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 QK+s}ny  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 <K8$00l
m  
u>~G)lx%  
5.X/Y采样介质 Z19d Ted33  
.3(=UQ  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 /]/3)@wT  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 !fFmQ\|)4S  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 +6vm4(3?  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 @IaK:  
{.W$<y (j7  
IN? A`A  
vXUrS+~x  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Sb&sW?M  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 !}sYPz]7!  
 应该选择像素化折射率调制。 m"B)%?C#  
RI#Cr+/  

dXKv"*7l  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 a
8?Zb^  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 d2w;d&2S  
G0sg\]  
6.通过GRIN介质传播 LK8K=AA3P  
>x%Z^U  
URW#nm?  
w%,Iy,G@  
 通过折射率调制层传播的传播模型： k~ZwHx(%S  
- 薄元近似 {5+t\~q$  
- 分步光束传播方法。 xg~ Baun  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 =1o
_:VOG  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 jW6~^>S  
 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）。 PI7M3\z  
{nH. _  
7.模拟结果 Pnb?NVP!^9  
;{]%ceetcu  
IX eb6j8  
8.结论 NpRT\cx3  
[YT"UVI  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 LC5NB{b\%>  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 DUg  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。