[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 TdrRg''@  
]L!:/k,=S  
 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。 !F)BTB7{<  
 设计包括两个步骤： &bwI7cO  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 i)MJP*  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 "IzM:  
 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。 <)$JA  
cx+%lco!  
RxGZ#!j/  
照明光束参数 4^K<RSYs  
+Y440Tz  
Dp;6CGYl?  
波长：632.8nm 3W@ta1  
激光光束直径（1/e2）：700um 4u]
>$?X1_  
z?g\w6  
理想输出场参数 TE@b
V9a  
C<q@C!A  
QzD8 jk#  
直径：1° ]= 9^wS  
分辨率：≤0.03° \r&9PkHWo  
效率：>70% b[my5Ol  
杂散光：<20% f5vsxP)Y[  
'n7Ld6%1  
X[$FjKZh=F  
2.设计相位函数 e-YMFJtoK}  
\']_y\  
{GQRJ8m  
3/RNStd<L!  
 相位的设计请参考会话编辑器 e~Z>C>J  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 Xs$UpQo   
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 '>dx~v %  
gP>`DPgb^  
3.计算GRIN扩散器 ? VHOh9|AT  
 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。 ivP#qM1*;  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 f VpE&F  
 最大层厚度如下： )\l(h%s[I  
wT^QO^.  
4.计算折射率调制 ~cW,B}  
bjB4  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 {Nny.@P)H  
VK]sK e  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 vUgMfy&  
vC%8-;8{H  
bv4G!21]*;  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 Cc>+OUL  
NekPl/4  
L [=JHW  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 SR
*KZ1U  
4{Af 3N  
"'*w_H0  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 ^U]B&+m  
C *U,$8j|}  
NmZowh$M  
Gq9pJ  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 geSH3I   
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 +|TFxaVz  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 PuGc{kt  
F4 :#okt  
5.X/Y采样介质 @_C?M5v  
[vyi_0[  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 5BB:.  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 |Y]4PT#EE  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 _!Ir|j.A  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 ?S~j2 J]
 
jP"l5  
.GOF0puiM  
Zsx\GeE%:  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 v
Z/Bzy@|  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 9 Aq\1QC  
 应该选择像素化折射率调制。 pkT26)aW  
J0O wzO  
%Ae
43  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 VDy\2-b8d  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 BoHpfx1C  
|++\"g  
6.通过GRIN介质传播 x{#W84  
iFkXt<_A  
V"DilV$v  
Uy
5G,!  
 通过折射率调制层传播的传播模型： 9@yi UX  
- 薄元近似 kP,^c{
 
- 分步光束传播方法。 IJ#+"(?7,u  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 M sQ>eSk
 
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 {'$+?V"&  
 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）。 mVNHH!  
XAw0Nn   
7.模拟结果 O6Mxp-  
[ F7ru4"{  
$v0beN6MG  
8.结论 <%GfF![v  
l#cG#-  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 \zx$]|AQ  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 K4K]oT  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。