[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 <[^nD>t_  
yD`{9'L -  
 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。 &Z+a (  
 设计包括两个步骤： mmXLGLMd  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 eB:obz  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 N1UE u,j  
 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。 :5@cjj  
qFV=Pk  
WT!8.M;Kv  
照明光束参数 &50K
n[  
C"/
]X  
j=)%
~@  
波长：632.8nm kNW&rg  
激光光束直径（1/e2）：700um }Kq5!XJV9C  
#](k,% 2  
理想输出场参数 nm*!#hx  
/n7F]Ok'*  
#3$U&|`  
直径：1° YE5v~2  
分辨率：≤0.03° Dd*T5A?  
效率：>70% =MG  
杂散光：<20% c3|;'s  
`"m"qUd  
{"e/3  
2.设计相位函数 _c%]RE  
M6!kn~  
=L<OTfVE  
{R[lsdH(X  
 相位的设计请参考会话编辑器 pi5Al)0  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 L.15EXAB  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 4aAr|!8|h!  
T}P|uP  
3.计算GRIN扩散器 E8>npDFv.  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 C^r3r6  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 #l-,2C~  
 最大层厚度如下： -nO('(t  
oC U8;z  
4.计算折射率调制 ~SJOynSz,  
&P!^k0NJR  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 Bl'  
gi:;{  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ekP=/;T#S  
"[H9)aAj7  
Lq LciD  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 m |,ocz  
Z|d_G}  
AUoi$DF(@  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 n=t%,[Op  
,y2ur2  
.Rc&EO  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 nA
d 4g|  
rN{&$+"2  
7 m&M(ct  
KEYM@,'  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 >K-O2dry*  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 ^gkyi/z  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 b]RnCu"  
Dw[w%
uz  
5.X/Y采样介质 >g93Bj*  
7"*- >mg  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 &.<{c `-  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 f|6%71  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 MkJL9eG  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 :n'QNGj  
Cj5M  
15U=2j*.b  
pPh_p@3I  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 LAf!y"A#  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 R) @k|  
 应该选择像素化折射率调制。 <`|}bt  
q.<q(r  
D9H|]W~  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 )CdglPK  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 7GK| A{r  
"VcGr#zW  
6.通过GRIN介质传播 rIge6A>I  
,=oq)Fm]
 
3tIIBOwg[  
]X?+]9Fr  
 通过折射率调制层传播的传播模型： 30<dEoF  
- 薄元近似 Jz:d\M~j5  
- 分步光束传播方法。 `2S{.s  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 4sZ^:h,1  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 [(btpWxb^  
 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）。 Jz%&-e3  
7Zu!s]t  
7.模拟结果 #0xvxg%{  
=/dW5qy;*+  
>t*zY~R.  
8.结论 SfL,_X]*  
Z"!C  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 `i{o8l  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 %WCpn<)  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。