[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 %
Lh+W<;  
nvNF~)mu  
 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。 HPt\ BK  
 设计包括两个步骤： e#3RT8u#  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 v.u 5%  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Z*h}E  
 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。 mieyL9*n7  
|Sua4~yL(  
y"U)&1 c%  
照明光束参数 elpTak@  
sdyNJh7Jr  
v*<rNZI  
波长：632.8nm `P*BW,P'T  
激光光束直径（1/e2）：700um ~3f|-%Z  
734n1-F?I%  
理想输出场参数 y}|E)  
T34Z#PFwe  
*n[BBz  
直径：1° AP1ZIc6  
分辨率：≤0.03° A:yql`&s  
效率：>70% $\~cWpv  
杂散光：<20% ;#0$iE  
SB.=x  
x7`+T1IJ  
2.设计相位函数 Z5)v  
gMkS
l8[  
Km,o+9?1gF  
u7Ix7`
V  
 相位的设计请参考会话编辑器 "Ehh9 m1&
 
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 >+Iph2]  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 'RzO`-dr  
u%I%4 gM  
3.计算GRIN扩散器 ^W@%(,xb  
 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。 BF;}9QebmS  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 Y5;afU='  
 最大层厚度如下： tLq]#9kL  
Q7<VuXy  
4.计算折射率调制 NuUiW*|`7  
X7`-dSVE  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 X-,oL.:c  
u^CL }t*  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 6?C';1  
"Jg.)1Jw  
,Oy$q~.  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 J2! Q09 }5  
Iwh0PfWJ  
d%epM5  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 zH9*w:"4<_  
[
m6+I9  

<mVFC  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 _2{_W9k  
5;XYF0  
_<Ij)#Rq7  
TJZ~Rpq  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 v-q-CI?B#  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 3/yt  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 b09xf"D  
lz36;Fp  
5.X/Y采样介质 Rt&5s)O'  
/93z3o7D>  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 l}/&6hI+d  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 D_~;!^  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 N}ND()bf  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 $e--"@[Y  
}Bsh!3D<.  
m6$&yKQ-=h  
RjPkH$u'Pj  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 Hc8He!X*#  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 bR~(Ry`  
 应该选择像素化折射率调制。 {#4a}:3  
QJrXn6`  
gW--[  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 0j6b5<Gpc*  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 -$0}rfX  
C7*YZe  
6.通过GRIN介质传播  ^RT_Lky  
Fw{@R
Qf8  
j%-Ems*H  
pUF JQ*  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ~OPBZ#  
- 薄元近似 Y;huTZ  
- 分步光束传播方法。 /Wjc\n$'  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 {k-_+#W"  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 F~ \ONO5  
 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）。 fDplYn#  
S Z/yijf  
7.模拟结果 V;"2=)X  
Cb? !+U  
g'7\WQ  
8.结论 .ve_If-Hg  
Q<;EQb#  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 3%1wQXr0  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 M:%g)FgW  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。