[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Z]TQ+9t  
>yn]h4
M  
 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。 +2 oZML  
 设计包括两个步骤： fS|e{!iI"  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 5WRqeSGh  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 j#P4&  
 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。 Vh?vD:|  
;^0ok'P\~9  
.B2e$`s$  
照明光束参数 SnXM`v,  
CPcUB4a%#  
iM:-750n/  
波长：632.8nm 8$47Y2r@  
激光光束直径（1/e2）：700um NopfL  
$yj*
n;  
理想输出场参数 AI{0;0  
2~g-k3  
:R:@V#Y  
直径：1° is^R8a  
分辨率：≤0.03° l$c/!V[3  
效率：>70% UukY9n];]  
杂散光：<20% t5K#nRd Z:  
+`Nu0y!rj  
(,+#H]L  
2.设计相位函数 2|RoN)%  
~~k0&mK|Q  
5MCgmF*Y2  
uTrzC+\aU  
 相位的设计请参考会话编辑器 q8/k$5E  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 <im}R9eJ1  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 '" &*7)+g*  
/@&o%I3h  
3.计算GRIN扩散器 ,H
/O"%OJ  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 KV&6v`K/N  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 jR\!2!  
 最大层厚度如下： r<srTHGLo  
}u0&>k|y  
4.计算折射率调制 ,d_rK\J  
X_D-K F  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 'IIa,']H  
=1|p$@L`%  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 [`tNa Vg  
o::9M_;  
f!5w+6(  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 zlQBBm;fE  
|G6'GTwZD  
I D-I<Ev  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 xpuTh"ED  
.T(vGiU  
-p7 HQ/  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 x]%,?Vd?  
5i'?oXL  
46\!W(O~y  
#{?RE?nD  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 v6uRzFw  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 =<aFkBX-  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 ZXiJ5BZ  
Q\xDAOEL  
5.X/Y采样介质 ;Q/1l=Bn  
N;!!*
3a9=  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 j8^#698X  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 u:W/6QS  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 E|_8#xvb  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 4u41M,nJQd  
Z]k@pR !  
sVmqx^-  
tr/.pw6  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 -*T0Cl.  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 $X\2h+ Os  
 应该选择像素化折射率调制。 <)sL8G9Y  
? }`mQ<~  
]EDCs?,  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。
\xC#Zs[<  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 U-,s/VQ?  
P&tw!B  
6.通过GRIN介质传播 4:b'VHW.  
SXJjagAoML  
l)jP!k  
SsfC m C  
 通过折射率调制层传播的传播模型： e6{E(=R[M  
- 薄元近似 N$:-q'hX  
- 分步光束传播方法。 Vl<7>  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 JdWav!PYm  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 =kK%,Mr  
 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）。 pbWjTI$  
ZIh)D[n  
7.模拟结果 :+ 1Wmg  
EaL>~:j  
01RW|rN  
8.结论 `P:[.hRu  
%CgV:.,K  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。
d:

_;  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 fuF{8-ua  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。