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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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    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-04
    1.简介 Bq`kVfx  
     ^C T}i'  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 P$(}}@  
    展示了可能的期望需求，设计，优化和一个能够生成无散斑高帽的衍射光学元件(DOE)的相位透过率函数的分析。 1"PE@!]  
    Q(7l<z  
    2．模拟任务 ]iX$p~riH  
    3&:fS|L~c  
    uS,$P34^oy  
    DOE： `vBa.)u  
    相位型衍射 #C}(7{Vt  
    光束整形器 =1Jo-!{{  
    直径：2mmx2mm l]&)an  
    形状：圆形 4+bsG6i  
    相位级次：16     L<`g}iw  
    Dw,f~D$+ic  
    )CQ}LbXZy  
    3.建模任务：入射光场 A[a+,TN {  
    Xpwom'  
    LXl! !i%  
    高斯准直激光光束的光束参数 ;O>fy :$'  
    F tjm@:X  
    • 波长：632.8nm i(rY'o2 BN  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm xc?<:h"  
    w7u >|x!  
    < Ifnf 6~  
     (0f^Hh wF  
    4.建模任务：期望输出光场 s ~G{-)*  
    N4-J !r@#~  
    Cn '=_1p  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: ~V)E:(  
    wYG0*!Vj  
    • FWHM-直径：0.5mm 8?XZF[D  
    • 边缘宽度：50um J K^;-&  
    • 效率：>95% Bs}>#I  
    • 信噪比（SNR）：>30dB  qI@_  
    • 杂散光：<5% nrBitu,  
    ?C3cPt"  
     3s2M$3r)6  
    5;Xrf=  
    5.设计方案 =oJiNM5_u  
    xkovoTzV  
    = ;d<Ikj  
    • 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）。 XT"c7]X  
    • 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）。 Z ngJ9js  
    :_*Q IyW  
    ,vPF=wq  
     3FN? CN] O  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 VWa(@ A  
     !4:,,!T  
    f'dI"o&^/d  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 CgC wM=!r  
    • 用户必须输入所需的信息 |sz9l/,lG  
    - 入射场 |{T2|iJI  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） 6* 7&X#gG  
    - 系统参数 ':3KZ4/C  
    - 制造条件 oV`sCr5%  
    .&y1gh!=  
      ~A/_\-  
    r;z A `  
    7.设计过程 & j43DYw4  
    AK HH{_  
    5mU_S\)4:z  
    wG O)!u 4  
    O;2 u1p'iP  
    oWmla*nCKL  
    z{\.3G  
    设计和优化过程由两步完成： /Ny&;Y  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 N;Bal/kd2  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 %:*HzYf  
     @d\F; o<  
    8.系统模拟 Bh?;\D'YC  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 K@m^QioMj  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 tF|bxXs Z  
    • 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。 Lg1Usy%  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 a0R]hENC  
    ;/@R{G{+~;  
     !_@%/I6  
    }wV rmDh \  
    9. 初始几何光学设计的结果 z( wXs&z;  
    i(WWF#N 5  
    lK-I[i!  
    F~1R.r_Lu  
    /03>|Juo  
    感兴趣的优化函数 cF6|IlhO  
    • 效率满足（>95%） E' Bt1 u  
    • 信噪比不满足（<30db） }1V&(#H2  
    • 杂散光不满足（>5% C7{wI`~  
     ]l%j>Vb!L  
    _D~a4tgS  
    (rJvE*  
    (k?OYz]c  
    10. 后续IFTA优化后的结果 VI?[8@*Z  
           z?PF9QL1  
    U^xFqJY6  
    t.cplJF&Ue  
     ,O}zgf*H;  
    ]Uu/1TTf  
    感兴趣的优化函数 b{&@ Lm0Tn  
    • 效率满足（>95%） pPE4~g 05h  
    • 信噪比满足（<30db） 5M*p1^ >  
    • 杂散光满足（<5%） ;>~iCF k]?  
    mWh:,[o  
    11.总结 oW6.c]Vo  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 *4ID$BmO  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 4T:ZEvdzf  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 *b&|  
    • 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。 jAu/] HZx  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 D<MtLwH  
     
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