[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 {8bSB.?R  
Y\g3hM  
 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。 tJ$_lk ~6q  
 设计包括两个步骤： U-tTW*[1]  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 bdE[;+58  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 4zFW-yy  
 设计相位函数是基于案例DO.002。在开始设计一个梯度折射率扩散器之前，我们迫切地推荐您先阅读这个案例。 m GYoM  
5">Z'+8  
8$Y9ORs4  
照明光束参数 bq0zxg%  
f x+/C8GK  
-r]W  
波长：632.8nm 3eQ&F~S  
激光光束直径（1/e2）：700um q9s=~d7  
G2: agqL/  
理想输出场参数 NyNXP_8  
p9{mS7R9T  
<x>Mo   
直径：1° WOL:IZX%  
分辨率：≤0.03° qF;|bF  
效率：>70%
?hy&  
杂散光：<20% > /caXvS  
%6f*{G w  
T{[=oH+  
2.设计相位函数 n,WqyNt*  
bY~pc\V:`w  
; kI134i=  
>}6%#CAf  
 相位的设计请参考会话编辑器 4 "'~NvO  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 a<bwzX|.  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 u.xnOcOH!  
q^<?]8  
3.计算GRIN扩散器 Q>Yjy!.<^  
 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。 YS"=yye3e  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 pIqeXY  
 最大层厚度如下： I51@QJX  
z!9-
:  
4.计算折射率调制 ln dx"prW  
>tW#/\x{  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 &gx%b*;`L0  
o0KL5].  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 |aq"#Ml)  
YT(AUS5n  
j|#Bo:2km  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 rmg}N  
%n9aaoD  
hkQ"OsU  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 &^Q/,H~S  
$1`2kM5  
'/s)%bc  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 1yu4emye4  
g]0_5?i  
o&$A]ph8X  
}-=|^  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 xU`p|(SS-  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 #KZBsa@p  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 )\$|X}uny&  
#AQV(;r7@  
5.X/Y采样介质 v` 1lxX'*  
Ig>(m49d  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 }*]-jWt1J\  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 1iF1GkLEq  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 ~Z'?LV<t  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 3h`f6  
P~X2^bw  
R4:b{)=O  
S30%)<W  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 |&i<bqLw:  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。  t"oeQ*d%  
 应该选择像素化折射率调制。 kE1TP]|  
U&qZ"  
Otn1wBI  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 d%n-[ZL  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 ysY*k`5  
$ $
mV d+  
6.通过GRIN介质传播 X#
^[<5  
x
7 ,5  
4^o^F-k'  
6(-N FnT  
 通过折射率调制层传播的传播模型： %d9uTm;  
- 薄元近似 O0H.C0}  
- 分步光束传播方法。 FfT

`;j  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 (TT}6j  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 Ml-6OvQ7g  
 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）。 c@L< Z`u  
;Q`lNFa  
7.模拟结果 (CWtLi"z  
l+0oS'`V*L  
)zDCu`  
8.结论 }i&/G+_  
=Nr-iae#  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 >Cq<@$I2EB  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 a/xn'"eli  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。