VirtualLab Fusion：设计和分析GRIN扩散器

教程565（1.0）

 

1.模拟任务
 

 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。

 设计包括两个步骤：

- 设计相位函数来生成一个角谱Top Hat分布。

- 基于相位调制来计算对应的折射率调制。

 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。

 

 

照明光束参数

波长：632.8nm

激光光束直径（1/e2）：700um

 

理想输出场参数

直径：1°

分辨率：≤0.03°

效率：>70%

杂散光：<20%

 

 

2.设计相位函数

 

 相位的设计请参考会话编辑器

 Sc563_GRIN_Diffuser_1.seditor和优化文档Sc563_GRIN_Diffuser_2.dp。

 设计没有离散相位级的phase-only传输。

 

3.计算GRIN扩散器

 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。

 最大折射率调制为△n=+0.05。

 最大层厚度如下：

 

4.计算折射率调制

 

从IFTA优化文档中显示优化的传输

 

 将传输相位转变为实部，通过函数Manipulation→Field Quantity Operations→Move→Phase to Real。

 

 

 生成正向函数，通过Manipulation→Amplitude/Real Part Manipulation→Lift Positive函数。

 

 

 

 乘以最大调制折射率（0.05），通过Manipulation→Operation with Constant→Multiply Constant函数。
 

 

 将数据转换成数据阵列：Manipulation→Create Numerical Data Array（参见下一张）。

 

 数据阵列可用于存储折射率调制。

 选择在下一个对话框中将实部转化为一个数据阵列图。

 插值应该设置为Nearest NEIGHBOR来得到一个像素化折射率调制。

5.X/Y采样介质

 

 

 GRIN扩散器层将由双界面元件模拟。

 这个元件可以在平面层和任意折射率调制之间进行模拟。

 元件厚度对应于层厚度12.656μm。

 折射率调制由采样x/y调制介质模拟。

 

 基材丙烯酸的离散数据应该从miscellaneous材料目录中加载。

 折射率调制的数据阵列必须设置到介质中。

 应该选择像素化折射率调制。

 优化的GRIN介质是周期性结构。

 只优化和指定一个单周期。

 介质必须切换到周期模式。周期是

1.20764μm×1.20764μm。

 

6.通过GRIN介质传播

 

 

 通过折射率调制层传播的传播模型：

- 薄元近似

- 分步光束传播方法。

 对于这个案例，薄元近似足够准确。

 在传播面板上选择传播方法，并且编辑传播设置。

 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）。

 

7.模拟结果

 

角强度分布

（参见Sc563_GRIN_Diffuser_3.lpd）

8.结论
 

 VirtualLab Fusion支持设计GRIN衍射光学元件和全息图。

 优化的GRIN元件可以生成任意的二维强度分布。

 可以模拟通过x/y平面上任意调制的介质中的光传播。