[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 MiZ<v/L2  
#HV5M1mb  
 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。 ,f^fr&6jb  
 设计包括两个步骤： D_dv8  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。  +rv##Z  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Fj`k3~tUw  
 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#&m+ g]  
PPl o0R  
\lG)J0  
照明光束参数 d0B`5#4  
/W.s1N  
\d;)U4__!  
波长：632.8nm _]@u)$  
激光光束直径（1/e2）：700um oaQW~R`_  
'dWUE-  
理想输出场参数 I8! .n  
HWV A5E[`Y  
O1~7#nJ*4[  
直径：1° by+xK~>  
分辨率：≤0.03° *f 7rLM*  
效率：>70% +ZbNSN=  
杂散光：<20% WSMpX-^e@  
+c/!R|h=S  
4 xqzdR_  
2.设计相位函数 - BWf.  
<cOjtq,0  
;.AMP$o`(Y  
&jY| :Fe  
 相位的设计请参考会话编辑器 ^1~lnD~0  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 2pmj*Y3"8  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 1qR$ Yr\  
%~:\f#6  
3.计算GRIN扩散器 j*>Df2z  
 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。 G>"n6v'^d  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 mn03KF=n]  
 最大层厚度如下： ,Z @I"&H  
=~JVU  
4.计算折射率调制 J-/w{T8:  
+%j27~R>D  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 AmC9qk8Q  
c/ImK`:)4a  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 c$,1j%[)  
e|:\Ps`8  
QDW,e]A  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 8H-yT1  
Ms+ekY)  
#/ePpSyD  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 @p~scE.#\  
Y=|p}>.}  
Q9AvNj>X  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 x-c5iahp'  
Zoxblk  
@]IRB1X  
Xg]Cq"RJC  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 ,mx\ -lWFy  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 [-[59H[6)  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ,+IFV  
JwxKWVpWv  
5.X/Y采样介质 lTu&
9)  
QY4;qA  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 qE2V
UEv5Y  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 \"$P :Uv  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 bK!h{Rr  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 .'A1Eoo0d  
5qH*"i+|s  
c_ncx|dUs  
d)V8FX,t  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 4v/MZ:%C`  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 T8Mqu`$r  
 应该选择像素化折射率调制。 )EB+(c~E  
!AJkd.  
~b
*]jZwT  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 n=4  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 B<L7`xL  
*<S>PbqLw  
6.通过GRIN介质传播 )%S@l<%@?  
n_; s2,2r  
Nc(CGl:
 
ms5?^kS2O  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Y!oLNGY
 
- 薄元近似 vE^tdzAG  
- 分步光束传播方法。 JDR_k  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 q\?p' i  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 J;Z2<x/H  
 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）。 ?ckV 2  
;AJQ2  
7.模拟结果 dq.U#Rhrx  
r@C~_LgL)  
d/yF}%0QI  
8.结论 ~Z
/,o)  
Q;VuoHj!  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 jr0j0$BF  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 11"r FZ  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。