[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 }qhK.e  
GiXde}bm  
 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。  ~C/KA6H  
 设计包括两个步骤： ^gzNP#A<'o  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 1omvE9 %zM  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ^4pKsO3ul  
 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。 7[BL 1HI*  
h)8+4?-4I  
q-%KfZ@(|  
照明光束参数 kA!(}wRL  
cl{W]4*$  
'S7@+kJ  
波长：632.8nm w"agn}CK  
激光光束直径（1/e2）：700um h#>L:Wf5E  
gvqd1?0w  
理想输出场参数 qMES<UL>  
z-G7Y#  
$H-D9+8 7  
直径：1° =
8p+-8M[d  
分辨率：≤0.03° ' P`p.5nH  
效率：>70% 6'Yn|A  
杂散光：<20% <hZ}34?]i2  
$;uWj|  
}<ONxg6Kb  
2.设计相位函数 S"TMsi  

LQ\ ELJj  
&rztC]jF  
}&T<wm!  
 相位的设计请参考会话编辑器 (1AA;)`Kp  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 .(7C)P{.0  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 ix7 e])m(  
w<~<(5mM5;  
3.计算GRIN扩散器 !N8)C@=  
 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。 {IPn\Bka  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 &lPBqw  
 最大层厚度如下： 7s8<FyFsjd  
 n22hVw  
4.计算折射率调制 B_"OA3d_  
4nII/cPG  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 iCnUnR{  
YNC0Z'c9  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 '!^E92  
40Qzo%eL  
Md>f  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ?Tc)f_a  
J`+`Kq1T  
ECS<l*i57&  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 -[=AlqL  
L_U3*#Zdz7  
a\&(Ua  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 RZd4(7H=q  
p_5>?[TW:  
I
#S~
  
qXB03}] G  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 hr
<7l C  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 "zedbJ0  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 (Gi+7GMV'  
LZQFj/,Jg  
5.X/Y采样介质 ^3WIl]  
K/wiL69  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 @0vC v
 
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 b#p~F}qT  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 \za5:?[xB  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 g]Xzio&w  
ti{H(;;@  
&ppE|[{  
Ufaqhh  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 3{Ek-{9  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 ^<>Jw%H  
 应该选择像素化折射率调制。 e7XsyL'
|p  
GP{$v:RG  
PTzp;.  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 z;bH<cQ  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ~mXZfG/D  
nE]~E xr  
6.通过GRIN介质传播
4-]Do?  
*R_'$+  
%A)-m 69  
FXOT+9bg  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Gut J_2f^9  
- 薄元近似 /<(*/P,>  
- 分步光束传播方法。 9n>$}UI\  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 T6h;Y  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 t$]&,ucW#  
 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）。 %aj7-K6:t  
kyW6S+#-  
7.模拟结果 943I:, B  
-+3be(u  
]]p19[4s  
8.结论 )(h&Q? Ar  
z:Xj_ `p  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 )l+XDI  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 1DEO3p  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。