[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 *'QD!Tc  
nr!kx)j  
 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。 Fj7cI +  
 设计包括两个步骤： km}%7|R?  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 Yr,e7da  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 .?<,J  
 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。 RnIL>Akp  
UKZsq5Q  
yw{GO([ZQ  
照明光束参数 -SlLX\>p  
e#0R9+"Ba  
rKg5?.  
波长：632.8nm Z<0M_q9?MO  
激光光束直径（1/e2）：700um n*9)Y~  
Ih{(d O;  
理想输出场参数 >(|T]u](q  
-nV]%vJ$R}  
vO&%sjvH  
直径：1° vc^qpOk  
分辨率：≤0.03° =CFO
]9  
效率：>70% Oq|RMl  
杂散光：<20% f]qPxRw  
;xN4L  
*=$Jv1"Q +  
2.设计相位函数 7Fh%jRHZ`  
TXv3@/>ZlG  
) 'j7Ra  
#B88w9 b`D  
 相位的设计请参考会话编辑器 jri=UGf  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 AcwLs%'sx  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 -L NJ*?b  
3T
'9_v[Y  
3.计算GRIN扩散器 4@u*#Bp`|  
 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。 lSPQXu*[  
 最大折射率调制为△n=+0.05。
?R(fxx  
 最大层厚度如下： %u,H2*  
yrSmI)&%  
4.计算折射率调制  D8m1:kU  
MXh0a@*]  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 QgqR93Ic  
2TXrVaM  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 7.,C'^ci  
H!y1&  
u3a"[DB9c  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 t3}>5cAxy  
CCNrjaA  
h#d
p_#  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 08n2TL;EsX  
w<!F& kQB  
V`fp%7W  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 c$Z3P%aP'V  
z\]]d?d?;  
zVKbM3(^  
l~b# Y&  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 UMILAoR  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 )"/.2
S;  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 X4_1kY;  
l+HmG< P  
5.X/Y采样介质 7hQXGY,q  
P(a!I{A(  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 fd!bs*\X  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 j#G4A%_  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 4 3V{q  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 OyH>N/  
eS-akx^@  
L1ro\H  
|(u6xPs;P  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 \5M1;  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 i=T!4'Zu  
 应该选择像素化折射率调制。 [U'I3x,  
#J~   
!k@(}CN_*  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 v+Mi"ZAd  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 VUnO&zV{  
]dIcW9a  
6.通过GRIN介质传播 r&+8\/{  
sB`.G  
i]x_W@h  
3N c#6VI  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Gf71udaa  
- 薄元近似 ^%ZbjJ7|j  
- 分步光束传播方法。 #0$fZ  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 7"Qj(N  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 #djby}hi  
 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）。 n x4:n@J  
qJ(XW N H  
7.模拟结果 O{^8dwg  
RGE
gYOO  
F3nYMf  
8.结论 MTXh-9DA  
8k
+^jj  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 =EFCd=i  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 Z<D8{&AjS  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。