[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 x:K?\<  
@-.? B  
 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。 j'Y/ H5  
 设计包括两个步骤： ScnY3&rc  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 &!7+Yb(1  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 {I%y;Aab8  
 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。 h~HB0^|  
5''*UFIF1  
k/Mp6<?C:  
照明光束参数 QHf$f@bjI  
t7#lsd`_  
^<V9'Ut  
波长：632.8nm ^Uw[x\%#gD  
激光光束直径（1/e2）：700um x49!{}  
o|S)C<w  
理想输出场参数 XOrfs sj  
kL{;.WsB  
+
KK
$0pL  
直径：1° ESQ!@G/n  
分辨率：≤0.03° eVy2|n9rH  
效率：>70% }#9(Mul  
杂散光：<20% H9"=  p  
2JO-0j.  
+!>LY  
2.设计相位函数 go|>o5!g  
:=g.o;(
/N  
7s>a2  
W04av_u 5  
 相位的设计请参考会话编辑器 tbj=~xYf  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。
^KHLBSc:  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 VZxTx0: ,  
u]vPy ria  
3.计算GRIN扩散器 IlZu~B9c  
 GRIN扩散器应该包含一个1mm厚度石英玻璃作为基板，和一个折射率调制的丙烯酸薄层。 >S&U.  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 #a}N"*P  
 最大层厚度如下： 2ChWe}f  
DnyYMe!r  
4.计算折射率调制 ,7/ _T\d<  
}5S2p@W)  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 XoL[ r67Z  
04-Zvp2  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 r
ZC3\,W  
}""p)Y&  
OhWC}s  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 w!,QxrOV~  
CyTFb$Z  
7>je6*(K  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 i.@*tIK  
_ VKgs]Y  
`7B14:\A  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 v
5Y@O|i#  
*FPg
#a+  
b.Su@ay@(^  
Q_lu`F|  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 zzJ^x8#R  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 x70N8TQ_gK  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 0VG=?dq  
}u
^:M
I  
5.X/Y采样介质 N{pa) /  
&q>h*w4O  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 gHH&IzHF  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 XARSGAuw  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 lZ a?Y@
 
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 qRUCnCZs  
mVrKz  
s>J3\PC  
\(9p&"Q-  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 ?'LM7RE$X6  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 $~o3}&az  
 应该选择像素化折射率调制。 E3tj/4:L  
1}DerX6  
/$*; >4=>f  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 Jk~UEqr+  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 g^n;IE$B  
P%jkKE?B4  
6.通过GRIN介质传播 [J:zE&aj
  
qa;EI ;8  
I$Eg$q  
0$
?qoS  
 通过折射率调制层传播的传播模型： w*2^/zh  
- 薄元近似 -_w~JCx  
- 分步光束传播方法。 PIpWa$b  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 1J+3a-0  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 *|CLO|B)  
 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）。 5 2fO)!  
W&LBh%"g  
7.模拟结果 nYgx9Q"<om  
~q5-9{ma  
~CulFxu  
8.结论 \|Y{jG<cu  
mR6E]TuM  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 i63?"  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 IwnYJp:9v  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。