[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 Mf^ ;('~  
we9R4*j  
 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。 {0WLY@7 2?  
 设计包括两个步骤： .h-:)e*  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 X!2/cgU7  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 SWvy<f4<  
 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。 w8:~LX.n  
R;,+0r^i  
pP;GDW4  
照明光束参数 c!AGKc  
~T7\lJ{%G  
*IJctYJaX  
波长：632.8nm NYz{[LM  
激光光束直径（1/e2）：700um 7_)'Re#  
HA&][%^  
理想输出场参数 xV @X%E  
"15mOW(!+  
JeU|e$I4>  
直径：1° ^CX=<  
分辨率：≤0.03° <ppM
\$  
效率：>70% #8z2>&:|  
杂散光：<20% \b?z\bC56  
%,Xs[[?i  
QXqBb$AXi,  
2.设计相位函数 % zHsh  
?u{y[pI6  
lPFT)>(+@  
SE&J)Sj]  
 相位的设计请参考会话编辑器 SxcNr5F   
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 [H$rdh[+  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 %?1k}(qUeY  
"l6v[yv  
3.计算GRIN扩散器 {]]qd!,  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 y((I2g1rv  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 w?|gJ*B"  
 最大层厚度如下： l'n"iQ!G  
jk,:IG  
4.计算折射率调制 G]X72R?g  
#)QR^ss)iw  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 eSHyA+F  
CKeT%3  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 ,rx?Ig}kz  
7KXc9:p+  
6a51bj!f  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 q'9u8b  
:t+XW`eQR:  
8%q:lI  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 i;>Yx#  
6Ty;m>j  
H5j6$y|I|N  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 qKag'0e  
D&KRJQ/  
kBg,U8|S  
[Zc8tE2oN  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 qT}<D`\  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 \7o&'zEw  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 Gv?3T Am8  
".Z|zt6C  
5.X/Y采样介质 |tF:]jnIt  
5jAiqJq~y:  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 mDZ/Kp{  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 5'>DvCp%M  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 FY1 >{Bn  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 b8Gu<Q1k  
%"kF i  
k'Is]=3  
NbnahhS  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 NH+?7rf8  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 SbS*z:  
 应该选择像素化折射率调制。 ehehTP  
EY'kIVk  
L[;U Z)V@  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 =Ts2a"n  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 }o^VEJc`O  
mN+ w,  
6.通过GRIN介质传播 PX!$
w*q  
39Nz>Nu:
 
]=Im0s  
$aIq>vJO9  
 通过折射率调制层传播的传播模型： [\|`C4@3a  
- 薄元近似 $#2zxpr,  
- 分步光束传播方法。 *nZe|)m  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 ol^uM .k%_  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 B<^yT@Wc  
 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）。 Jkf%k3H3I*  
\0bao<  
7.模拟结果 \.!+'2!m  
Vz4/u|gt  
 C=k]g  
8.结论 l 1C'<+2j!  
zoh%^8?o  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 ')G,+d^  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 5t('H`,2  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。