[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 `x2Q:&.H`  
*6oQW  
 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。 !sA[A>  
 设计包括两个步骤： )# le|Rf  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 S3rN]!B+  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 i#o:V/Z.  
 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。 ^W|B Xxo  
#%t&f"j2  
dGU io?  
照明光束参数 aV?dy4o$  
<<}t&qE%2%  
QZ!;` ?(  
波长：632.8nm !iBe/yb  
激光光束直径（1/e2）：700um n4Od4&r  
Fdsaf[3[v  
理想输出场参数 BFP (2j  

t .*z)N  
Ffxf!zS  
直径：1° 5 Z
+2   
分辨率：≤0.03° cn1UFmT  
效率：>70% x_&=IyU0j  
杂散光：<20% rxZ%vzVQ>  
$\BRX\6(-  
,f ..46G  
2.设计相位函数 k*)O]M<,  
es}j6A1  
V7}5Zw1  
0'T*l2Z`2  
 相位的设计请参考会话编辑器 QJ2V&t"3  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 i;4|UeUl  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 4FK|y&p4r  
*k)v#;B  
3.计算GRIN扩散器 ?+{=>{1
 
 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。 4 [2^#t[  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 6[g~p< 8n}  
 最大层厚度如下： 6% 
+s`  
ts BPQ 8Ne  
4.计算折射率调制 \LX
!n!@  
N|cWTbi  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ^B[%|{cO  
!vNZ-}  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 2 MFGKzO  
M>H4bU(  
?M'_L']N[  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Q"
UWh~  
So &c\Ff  
@* a'B=7  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 6- H81y3  
*LnY}#  
B^'Uh+Y  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 Z]-C,8MM  
="fq.Tt  
99Jk<x k  
XEd|<+P1  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 5r1{l%?  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 q^nSYp#  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ~I^}'^Dbb  
mQ#E{{:H+  
5.X/Y采样介质 Fa]fSqy@;  
S,&tKDJn  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 = ~{n-rMF  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 }q0lbwYlb  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 4}nsW}jCc  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 9d ZE#l!Q  
qucw%hJr  
=Rnx!E  
Q8:`;W  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 b?&=gm%oU  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 U'IJwGRP  
 应该选择像素化折射率调制。 ]
KX _a1e  
_H#l&bL@C  
JI1O(  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 5fGUJ[F=  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 z?C;z7eT  
*h ~Y=#`8*  
6.通过GRIN介质传播 .BLF7> M1  
f@roRn8p?  
z!09vDB^  
{,r7dxI)`  
 通过折射率调制层传播的传播模型： mi~BdBv  
- 薄元近似 @&f3zq  
- 分步光束传播方法。 oYWcX9R  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 C9oF*{  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 Kgi| 7w  
 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）。 !*8x>,/>  
Rg*zUfu5%o  
7.模拟结果 6MC*2}W  
:P$I;YY=A  
r.e,!Bs
 
8.结论
,z}wR::%  
-e_+x'uF  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 $mA+4ISK  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 B!jINOg  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。