[技术]设计和分析GRIN扩散器（完整） [复制链接]

1.模拟任务 =P}ob eY  
TYv'#{  
 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。 ]}t6V]`Q  
 设计包括两个步骤： =hZ#Z]f  
- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。 EDQKbTaPt  
- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。 dux.Z9X?  
 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。 km@V|"ac _  
d??;r:  
#NU@7Q[4  
照明光束参数 0_F6t-  
e[<vVe!  
!&'GWQY{(  
波长：632.8nm s!WGs_1@  
激光光束直径（1/e2）：700um '3BBTr%aZ  
`1}WQS  
理想输出场参数 ,sw
|OYb  
#0H
Z"n  
BC:d@  
直径：1° nHAET  
分辨率：≤0.03° BlwAD  
效率：>70% LqNt.d @  
杂散光：<20% 2/XrorV  
I5#KLZVg  

o#GZ|9IL  
2.设计相位函数 j<"@Y7  
9:DT+^BB  
LxdF;JCz:  
W|X=R?*ZK  
 相位的设计请参考会话编辑器 S2y_5XJ<D  
 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。 ?3[Gh9g`  
 设计没有离散相位级的phase-only传输。 JRti2Mu  
z):LF<  
3.计算GRIN扩散器 (G1KMy  
 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。 dC'8orFG+  
 最大折射率调制为△n=+0.05。 EM2=g9y  
 最大层厚度如下： k^VL{z:EWB  
h^QLvOuR  
4.计算折射率调制 `!,"">5  
v11Uw?CM  
从IFTA优化文档中显示优化的传输 0tz7^:|D  
>W?i+,g  
 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。 + d?p? v  
v2Ft=_*G|  
,xSNTOJ  
 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。 ! 3 ;;6  
#%9t-  
PJfADB7Y  
 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。 Z;ze{Vb  
u0Q6+U  
8}M-b6RV  
 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。 HNUpgNi  
"?*B2*|}`  
h
5)4Z^n  
AU$<W"%R  
 数据阵列可用于存储折射率调制。 eoj(zY3  
 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。 =67ab_V  
 插值应该设置为Nearest Neighbor来得到一个像素化折射率调制。 tZXq<k9  
wC>}9
OM  
5.X/Y采样介质 q!10G  
2%?Kc]JY9  
 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。 9kzJ5}  
 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。 ?]%ZJd  
 元件厚度对应于层厚度12.656μm。 g+j\wvx0  
 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。 =L\&}kzB  
.DR*MQI9  

~0@uR  
{^@vCBE+  
 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。 )H1\4LeP  
 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。 :R'={0Jg  
 应该选择像素化折射率调制。 u<U8LR=)V5  
@?n~v^  
cy64xR BB  
 优化的GRIN介质是周期性结构。 只优化和指定一个单周期。 2!)|B ;
y  
 介质必须切换到周期模式。周期是1.20764μm×1.20764μm。 K3*-lO:A9  
Y1wH_!%b  
6.通过GRIN介质传播 {_G_YL[  
swz)gh-*  
L9]y~[R:  
yHo#v:>?p  
 通过折射率调制层传播的传播模型： *snY|hF  
- 薄元近似 F2>W{-H+  
- 分步光束传播方法。 N0pA ,&  
 对于这个案例，薄元近似足够准确。 %oOSmt  
 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。 3dx.%~c  
 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）。 =B{B?B"r  
Ofc u4pi  
7.模拟结果 s7(1|}jh  
QQ/9ZI5  
m;J'y2h =$  
8.结论 Xf;_r+;  
I{$TMkh[  
 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。 0}`0!Kv  
 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。 i'B$Xr  
 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。