[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 |UN#utw{^Y  
%3T:W\h  
 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。 #!4`t]E<  
 设计包括两个步骤： >HRLL\u9  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 _#w5hXcu  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 L>!MEMqm  
 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。 Hr/J6kyB)  
r6L  
'h 7n}  
照明光束参数 A&_v:z4y/  
]%UAN_T  
]o
`FF="at  
波长：632.8nm #Q%0y^s  
激光光束直径（1/e2）：700um |2&|#K4k^  
g$mqAz<  
理想输出场参数 z_a7HCG2  
8TO5j  
y|YhDO  
直径：1° rm
,h\  
分辨率：≤0.03° MsA)Y  
效率：>70% l6!a?C[2T  
杂散光：<20% ||.Ve,<:  
#}xPOz7:  
0
!`!I0  
2.设计相位函数 ~PCS_  
i(kr#XsU  
qGie~S ##  
<@=w4\5j9  
 相位的设计请参考会话编辑器 c1StA  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 M:w]g`LKl  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 UbSD?Ew@35  
iD2>-yf  
3.计算GRIN扩散器 Y+"Gx;F>  
 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。 V,:~FufM^  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 [Kd"M[1[<  
 最大层厚度如下：
.vXe}%  
BO;LK-V
 
4.计算折射率调制 'w}/o+x@  
eXMl3Lxf  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 e6^iakSd.L  
)X-TJ+d  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 3<HPZWc  
BU;E6s>P  
}ABHGr5[  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 V$ac}A,!  
N9cUlrD
O  
x<{)xP+|  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 [T#9#3  
!,PoH  
7 *HBb-  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 z>W'Ra6  
1FmVx  
h:'wtn@l(  
ca8.8uHY\  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 TzK[:o  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 4gK_'b6"  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 <4P"1#nHQ+  
.R{P%r  
5.X/Y采样介质 ,]-A
~^|  
~UV$(5&-  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 -AU!c^-o  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 STgYXA(  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 GFtE0IQ  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 { Sn J  
VcR(9~  
w97B)Kn6  
Po8
2nKAh  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 n+uDg  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 p=8?hI/bim  
 应该选择像素化折射率调制。 C8.MoFfhe  
j#E&u*IR  
n:[GK_  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 ;]Bkw6o  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 4PAuEM/z  
uPtS.j=  
6.通过GRIN介质传播 %QrpFE5V5  
j#)K/`  
>0qe*4n|M  
:0RfA%  
 通过折射率调制层传播的传播模型： DG"Z:^`*  
- 薄元近似 O<?z\yBtS^  
- 分步光束传播方法。 itW~2#nJz  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 u|]`
gsFZ\  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 o2M4?}TpIV  
 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）。 )YP9  
+=A53V[C  
7.模拟结果 vL"[7'  
<v=T31aS  
B7!dp`rPp  
8.结论 Bys_8x}  
&*wc` U  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 )j>BvO  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 CA{(x(W\:  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。