[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 BT d$n!'$n  
DKIDLf  
 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。 4CX*  
 设计包括两个步骤： J[LGa:``  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 F\-qXSA  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 *i5&x/ds  
 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。 Z`b,0[rG[  
'-w G  
An]*J|nFIY  
照明光束参数 XFK$p^qu  
\FVR'A1  
9Od Kh\F (  
波长：632.8nm RG*Nw6A  
激光光束直径（1/e2）：700um cY\-e?`=4  
( Y/ DMQ  
理想输出场参数 CoJaVLl  
{j:{wW.  
zK
fb  
直径：1° *WMcE$w/D  
分辨率：≤0.03° 4Iy\   
效率：>70% H7qda'%>  
杂散光：<20% Mqw&%dz'_  
LfgR[!  
Q.\+ XR_|  
2.设计相位函数 / d6mlQS  
IHxX:a/iv  
Pq7YJ"Z?:  
k(VA5upCs  
 相位的设计请参考会话编辑器 [FyE{NfiJ%  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 [gv2fqpP  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 OkzfQ hC}  
zKiKda%)  
3.计算GRIN扩散器 a |z{Bb  
 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。 0JNG\ARC  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 &,)9cV /  
 最大层厚度如下： Atfon&^  
h+Dg"j<[  
4.计算折射率调制 AFMAgf{bD  
GueqpEd2  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ]4z?sk@  
?c>j^}A/N  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 .4KXe"~E  
u1]5qtg"  
eKStt|M'  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 N{Is2Ia  
/6 P()Upe  
U.wgae].O;  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 CH9#<?l  
jr!x)yd  
!Rsx)  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 &N
Glkn  
7J>n;8{%?  
}GGFJ"  
AE7>jkHB  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 oz[E>%  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 $,h*xb.  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Ah)7A|0rT  
{SROg;vA  
5.X/Y采样介质 i 3?zYaT  
z ^a,7}4  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 >Y{.)QS  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 urog.Q  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 t
b@/E  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 $fC=v  
*AxKV5[H  
4H1s"mP<  
WVwNjQ2PM  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 y4shW|>5_  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 %C)U F  
 应该选择像素化折射率调制。 Q) FL|  
&:{|nDT_2  
TH6g:YP`7  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 X8*q[@$  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 YTYYb#"Q  
U'lrdc"Q  
6.通过GRIN介质传播 yl3iU:+V  
=2`s Uw}  
uOBpMAJ
 
GbNVcP.ocP  
 通过折射率调制层传播的传播模型： ulVHsWg  
- 薄元近似 *(r85lEou)  
- 分步光束传播方法。 B VPf8
!-  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 \8F$85g  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 qtgj"4,:`  
 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）。 :.sK:W("v  
$wX5`d1  
7.模拟结果 zHu:Ec7  
nC`=quM9  
u2U@Qrs2  
8.结论 LXw&d]P  
][_:{ N/  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 N8mK^{  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 AY *  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。