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    [技术]设计和优化衍射光束整形元件来生成矩形高帽 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-04
    1.简介 Si?$\H*:  
    j>0<#SYBu  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 L@{!r=%_>  
    展示了可能的期望需求,设计,优化和一个能够生成无散斑高帽的衍射光学元件(DOE)的相位透过率函数的分析。 DR k]{^C~  
    $?FS00p*|X  
    2.模拟任务 Q'Jv} 'eK_  
    La"o)L +m_  
     20I4r  
    DOE: _4P;+Y  
    相位型衍射 .M DYGWKt  
    光束整形器 T*h!d(  
    直径:2mmx2mm J0^{,eY<  
    形状:圆形 Y]C; T  
    相位级次:16
    n K+lE0  
    1s#yWQ   
    `IEq@Wr#$!  
    3.建模任务:入射光场 z 0~j  
    ,f} h}  
    =2^Vgc  
    高斯准直激光光束的光束参数 ETU-]R3  
    a @6^8B?w;  
    波长:632.8nm JNh=fvO2i  
    • 激光光束直径(1/e2):1mm + $>N]1  
    :e1'o  
    JXpoCCe  
    ,LhE shf  
    4.建模任务:期望输出光场 CN$I:o04C  
    \r)%R5_CQ  
    y^2#9\}K  
    期望输出场的参数=设计目标图样(DTP): :3JCvrq  
    }o-|8P:Y  
    • FWHM-直径:0.5mm B,3 t`  
    • 边缘宽度:50um Mv|vRx^b  
    • 效率:>95% @ru<4`h  
    • 信噪比(SNR):>30dB `SCy<w3$+[  
    • 杂散光:<5% K!GUv{fp  
    wD`[5~C{  
    IuNkfBe4m  
    nz^nptw  
    5.设计方案 _-n Y2)  
    -  $%jb2  
    F&xv z2G  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件(DOEs)。 Hw Z^D= A  
    • 对于当前案例,我们使用衍射光束整形器会话编辑器(Diffractive Beam Shaper session editor)。 sF y]+DB  
    x8Q~VVZr  
    cn$5:%IK  
    Zb]/nP1P  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 'f 3HKn<L  
    djUihcqA`  
    tyB)HF  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 9qEOgJ  
    • 用户必须输入所需的信息 v{o? #Sk1  
    - 入射场 hGvqT,'  
    - 期望的输出场=设计目标图样(DTP) h0|[etaf  
    - 系统参数 D}MoNE[r  
    - 制造条件 Yt{ji  
    h6g:(3t6m  
    6#E7!-u(-  
    L_^`k4ct  
    7.设计过程 `mrCu>7  
    D3y>iQd   
    z=qWJQ  
    %VWp&a8  
    0 sZwdO  
    Tw x{' S  
    Rs2-94$!5  
    设计和优化过程由两步完成: q3+I<qsAz  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 EY~7oNfc`R  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法(IFTA)进行后续的优化。 6+iK!&+=  
    ;Z*'D}  
    8.系统模拟 Tv\HAK<N  
    • 设计和优化后,IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 QWw"K$l  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 G]-%AO{K  
    • 可以通过光路编辑器(Light Path Editor)的工具(Tools)按钮将这个衍射光学工具箱光路图(Diffractive Optics Toolbox LPD)转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估,如下图所示。  DwXU  
    • 然后用户可以任意修改系统,来进行进一步的分析。 9\AS@SH{^T  
    (xL :;  
    Oxv+1Ub<Dv  
    S 6GMUaR  
    9. 初始几何光学设计的结果 2SciB*5  
    J?IC~5*2  
    &Pq\cNYzW  
    =:gjz4}_8  
    |<rfvsQ.  
    感兴趣的优化函数 _dr*`yXi  
    • 效率满足(>95%) 0R|K0XH#$  
    • 信噪比不满足(<30db) zw]3Vg{T  
    • 杂散光不满足(>5% Y%g "Y  
    :G}DAUFN  
    +*C^:^jA  
    WNa3^K/W{  
    IcFK,y%1  
    10. 后续IFTA优化后的结果 K6hfauWd[  
           :CTL)ad2  
    f&c]LH _  
    ~ M*gsW$  
    #W|!fILL  
    hM>*a!)U  
    感兴趣的优化函数 @8zT'/$  
    • 效率满足(>95%) < Y>3  
    • 信噪比满足(<30db) #V[SQ=>x[  
    • 杂散光满足(<5%) 6R2uWv  
    )~}PgbZ^  
    11.总结 OR;&TbWF(R  
    • VirtualLab Fusion允许设计,优化和分析衍射光束整形器。 s@~/x5jwCs  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 E eB3 }  
    • 可以生成任意二维场分布,通常是高帽或线。 A$@o'Q;he  
    • 制造约束例如高度级的离散数量或者矩形像素可以包含在优化中。 iNJAZ6@+  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 f=m/ -mAA  
     
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