[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 ,@[Q:fY  
x.45!8Zb  
 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。 OBj.-jL  
 设计包括两个步骤： fT 8"1f|w  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 }TYCF@  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 D* Vr)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。 o'yR^`  
Ebp8})P/~  
3xj<ATSe  
照明光束参数 op}x}Ioz  
}3vB_0[r  
U); ,Opr  
波长：632.8nm fHwh6|  
激光光束直径（1/e2）：700um "-I>  
xu_Tocvop  
理想输出场参数 EJL45R>  
;r`[6[AG  
dqG+hh^  
直径：1° N7Ne  
分辨率：≤0.03° *rW]HNz  
效率：>70% -h.']^I  
杂散光：<20% :*4yR
46  
)Oa"B;\j  
CZ1tqAk-  
2.设计相位函数 @.MM-  
~1}NQa(  
#%+IU  
I80.|KIv  
 相位的设计请参考会话编辑器 qjTz]'^BpM  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ! 4i  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 N}s[0s  
r:YAn^Lg  
3.计算GRIN扩散器 S0"OU0`N  
 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。 T@k&YJ  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ty/jTo}  
 最大层厚度如下： \`4}h[  
m>UJ; F  
4.计算折射率调制 b_
][Jye&P  
9}3W0F;  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 zW+Y{^hf  
MA"iM+Ar  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 v "oO  
a}e7Q<cGj  
\'1%"JWK   
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 .R:eN&Y8y  
{|>~#a49h  
tT'd]  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 >,1'[)_  
QmgwIz_  
l65'EO|  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 @Z.Ne:*J  
-6)ywq^{z  
Ya=QN<  
9E (>mN  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 R?X9U.AcW  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 V+D"_  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 4(Y5n?/  
Jbs:}]2  
5.X/Y采样介质 Qaagi `  
eIg2m <9u  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 )?4m}  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 sU{+.k{  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 M2V.FYV{j>  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 <5L!.Ci  
vqL{~tR  
SxQ|1:i%  
+ES.O]?>  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ;z%& 3u/  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 0BE%~W  
 应该选择像素化折射率调制。 G+5G,|}  
9:BGA/?  
#0^QUOp  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 HWe.|fH:  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 Ppx*
  
Y!Z@1V`  
6.通过GRIN介质传播 8vUP{f6{  
Vy(lyD<6  
dQizM^j  
f \4Qp  
 通过折射率调制层传播的传播模型： [ BN2c  
- 薄元近似 m]u#Dm7h  
- 分步光束传播方法。 ?xeq*<qfI  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 OU{PVF={   
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 %%-kUe  
 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）。 SX FF  
EA8(_}  
7.模拟结果 =`/X Wem  
:I&iDS>u1  
] c'owj  
8.结论 }]?RngTt  
o}Xp-P   
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 {= z%('^  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 z?7s'2w&{  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。