[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 P_ x9:3  
?Dk&5d^d  
 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。 &'-ze,k}  
 设计包括两个步骤： s@vHU4  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 7LY4q/  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 7nAB^~)6l  
 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。 bjEm=4FI;  
v-mhqhb  
zQQ=8#]  
照明光束参数 d'Z  
INj2B
@_  
U6
@j=|q  
波长：632.8nm >|22%YVX  
激光光束直径（1/e2）：700um 1zUo.Tg0  
\vv
V=iw  
理想输出场参数 m#a0HH  
1FiFP5  
2pEr s|r  
直径：1° o3~ecJ
?k  
分辨率：≤0.03° L^zF@n^5A  
效率：>70% h}o7/p  
杂散光：<20% yQxzFy  
qZ6Mk9@M  
'X$2gD3c9  
2.设计相位函数 Oy^)lF/  
o%E^41
M7E  
.
Bu?=+O~  
DPE]<oM  
 相位的设计请参考会话编辑器 n$fYgZKn  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 2Po e-=  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 N>S_Vgk}  
Z;6v`;[  
3.计算GRIN扩散器 tGcp48R-:+  
 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。 :NJ(QkTZv  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 3~7X2}qU  
 最大层厚度如下： 5P'<X p  
}x^q?;7xW  
4.计算折射率调制 ;LM,<QJ  
WZa?Xb  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 _S[@d^cY  
o0Y {k8  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 A[F tPk{k  
BuE=(v2
}  
a.r+>44M  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 k<09
8F  
yrnIQu*Uu  
n9}3>~ll  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 k/&~8l.$  
#&A)%Qbg  
Bg?f}nu7  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 j~d<n_   
Vu3;U  
]\y:AkxhJ  
_<`j?$P  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 )c:i'L  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 =N5~iMorD-  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 #@QZ  
38Q>x  
5.X/Y采样介质 mlsM;Ad2  
9%i|_c}  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 #Ont1>T,G  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 o/grM+_  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 dvWQ?1l_  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 @pcmVsIp  
'gDhi!h%  
gZI88Q  
&&/2oP+z  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 L1FTh  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 dX4"o?KD>  
 应该选择像素化折射率调制。 fO+$`r>9  
Fc{X$hh<  
n2NxO0  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 8ug
\GlZc  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 oDtgBO<  
.d)X.cO  
6.通过GRIN介质传播 n*UD0U}`  
To_Y 8 G  
|~
'PEY  
z?NMQ8l|:6  
 通过折射率调制层传播的传播模型： Rt &Oz!TQ  
- 薄元近似 IkzY  
- 分步光束传播方法。 \uT2)X( N  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ;<j[0~qp:  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 >}& :y{z~  
 场采样必须设置为手动模式并且采样距离为4.5μm（半像素尺寸）。 IQ$cLr-S  
hRU.^Fn#%  
7.模拟结果 v{/z`J!JR  
u@V|13p<  
w}wABO  
8.结论 ]kXiT Yg  
1{TmK9U  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ~]CQ DR:  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 z}'-gv\,  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。