[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Q]g4gj  
A%w]~ chC9  
 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。 ]3y5b9DuW  
 设计包括两个步骤： V?J,ab$X#  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 rn5g+%jX*  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 ~$ qJw?r  
 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。 N[bf.5T  
-r'seb5  
KJJb^6P48W  
照明光束参数 XM@i|AK M0  
2GKU9cV*`  
#bZ
=R  
波长：632.8nm 4Hpu EV8Q  
激光光束直径（1/e2）：700um 95 .'t}  
pfQZ|*>lkb  
理想输出场参数 U+r#YE.  
sPTUGx'  
K2MNaB  
直径：1° ,p`bWm  
分辨率：≤0.03° SF7b1jr  
效率：>70% zUtf&Ih  
杂散光：<20% Yg,lJ!q  
ow$l!8  
9}0Jc(B/x  
2.设计相位函数 M-K@n$k  
5a|m}2IX  
!
=:MG#p  
$,zM99  
 相位的设计请参考会话编辑器 *`pBQZn05O  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 14YV#o:  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 3v>,c>b([  
[%,=

0P}  
3.计算GRIN扩散器 & O\!!1%  
 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。 `"mK\M  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 }J'wz;t1  
 最大层厚度如下： 4x?u5L 9o  
UkbQ'P+oS  
4.计算折射率调制 H1qw1[%0y
 
`[:1!I.}-  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 "_@+/Iy.  
5qfKV&D  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 E/P53CD  
:9q^  
[#6Esy8|  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 xWb?i6)z&  
UZ3Aq12U}a  
RW[<e   
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 78~V/L;@S2  
pz}hh^]t  
f>[;|r@K  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 J3S+| x h~  
&:f'{>3z  
! e,(Zz5  
=V]i?31[  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 l"y9XO|  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 pYUkd!K"  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 3Il/3\  
sZBO_](S  
5.X/Y采样介质 HwMsP$`q  
2MzFSmhc"  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 ?'m5)Z{  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 vUx$[/<  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 /M `y LI  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ~0GX~{;r  
,,wx197XeD  
v$/i5kcWx  
'z!#E!i  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 zR_l^NK  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 qA/3uA!z  
 应该选择像素化折射率调制。 r74w[6(  
z( [$,e\  
&n kGdHX/a  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 &-Er n/[  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 u`,R0=<
4  
"dOY_@kg  
6.通过GRIN介质传播 zb,`K*Z{  
!O_^Rn+<2  
~M1%,]  
Yx c >+mx  
 通过折射率调制层传播的传播模型： y+R$pzX  
- 薄元近似 [N+ruc?)  
- 分步光束传播方法。 vJ}  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 iGNKf|8{  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 vGp@YABM  
 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）。 58U[r)/  
8k'em/M~  
7.模拟结果 }kefr
T  
98nLj9  
Q 5TyS8  
8.结论 Mn;CG'FA  
_Fy:3,(  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 9 NSYrIQ"  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 }gaKO 5  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。