[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 r!a3\ep  
:7?FF'u  
 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。 TSWM |#u':  
 设计包括两个步骤： M*HnM(  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 /mu*-,aeX  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 Y6L~K?  
 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。 @)&=%  
5vZ^0yFQ  
:s6o"VkW  
照明光束参数 JOLaP@IPT  
WoRZW%  
\3aoM{ztD  
波长：632.8nm `&sH-d4v  
激光光束直径（1/e2）：700um V0XvJ  
)fSOi||C  
理想输出场参数 _ T):G6C8  
?+a,m# Yx  
W=qVc  
直径：1° tX %5BTv  
分辨率：≤0.03°
wInh~p  
效率：>70% M|`U"vO  
杂散光：<20% s;vHPUB\n  
)i^<r;_z  
}\:NuTf  
2.设计相位函数 6@0OQb  
%k?U9pj^  
zSja/yq  
"Yj'oE%\  
 相位的设计请参考会话编辑器 4 bH^":i(  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 bNNr]h8y-  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 4'A!; ]:  
ssxzC4m  
3.计算GRIN扩散器 *P2S6z2  
 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。 Q;JM$a?5iV  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 ]4]6Qki  
 最大层厚度如下： @A89eZbW  
gPsi  
4.计算折射率调制 4f'V8|QM{  
2Kyl/C,  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 ssRbhlD/*1  
T<p !5`B1  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 4$S;(  
DBD%6o>]K  
&*G#H~\  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 pd;br8yE$@  
iQ fJ  
3ojlB|Z  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 t@N=kV  
7KL v6]b  
kZZh"#W: L  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 _p&]|~a  
_EMwm&!  
X4E%2-m@'  
IS 2^g>T#1  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 -~30)J=e`  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 `A^"%@j  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 4.=3M  
)V6Hl@v  
5.X/Y采样介质 ;1.,Sn+zO  
G) 7;;  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 M#VE]J  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 JB`\G=PiL  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 U`d5vEhT  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 pd7NF-KD  
J/GSceHF  
WP+oFkw>  
PuT@}tw  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 vbB
c}G"w  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 cmg^J  
 应该选择像素化折射率调制。 !~&R"2/  
7-T{a<g  
I`LuRlw  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 `_{`l4i5  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 7MHKeLq  
{(wHPzq  
6.通过GRIN介质传播 "zRoU$X  
R
UT,Y4 b  
}J1tdko#  
_/!y)&4"  
 通过折射率调制层传播的传播模型： w1#gOwA,$  
- 薄元近似 Vq;A>  
- 分步光束传播方法。 G *;a^]-  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 "WK{ >T  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 "zFNg';  
 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）。 z3M6V}s4  
rKf-+6Na  
7.模拟结果 JJ'.((  
"7V2lu  
;Tc`}2  
8.结论 [YT>*BH?  
9Z'8!$LYg  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 uYil ?H{kH  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 mB9r3[  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。