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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 /,7#%D  
    j 1'H|4  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 ~b8.]Z^  
    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。 z*nztvY@e  
    Nj6Np^@sH  
    2.模拟任务 Uj 3{c  
    WL% T nux  
    _BG `!3U+  
    DOE: _6FDuCVD-  
    相位型衍射 dY?l oFz  
    光束整形器 &\?{%xj  
    直径:2mmx2mm jM*wm~4>@  
    形状:圆形 Ct /6<  
    相位级次:16
    IwFf8? 3  
    Qvny$sr2  
    RW>F %P  
    3.建模任务:入射光场 z=k*D^X  
    ]Gl_L7u`  
    e /XOmv  
    高斯准直激光光束的光束参数 R U[  
    K~L"A]+  
    波长:632.8nm X pXhg*}K  
    • 激光光束直径(1/e2):1mm jbOzbxR?  
    ^(xVjsHp#  
    i\36 s$\  
    P\c0Q;){h"  
    4.建模任务:期望输出光场 IsL=DV/  
    kGq<Zmy|  
    ,v| vgt  
    期望输出场的参数=设计目标图样(DTP): QL(}k)dB  
    :Z ]E:f0P  
    • FWHM-直径:0.5mm $AFiPH9  
    • 边缘宽度:50um 9 DXu*}  
    • 效率:>95% If9!S} wa  
    • 信噪比(SNR):>30dB F7x< V=4{  
    • 杂散光:<5% RDG,f/L2  
    7f=9(Zj  
    F0NNS!WP7^  
    Q~*3Z4)j  
    5.设计方案 ] )x z  
    Z.LF5ur  
    7L:R&W6  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件(DOEs)。 \t&6$"n(B6  
    • 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)。 [TV"mA  
    ~w%Z Bp  
    Z42v@?R.!W  
    }Lwj~{  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 13{"sY:PT#  
    ;lWy?53=@  
    T{K+1SPy4  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 -ap;Ul?  
    • 用户必须输入所需的信息 eEe8T=mD  
    - 入射场 <Q-ufF85)  
    - 期望的输出场=设计目标图样(DTP) S+OI?QS  
    - 系统参数 m9>nv rQ  
    - 制造条件 g?o$:>c  
    TAJ9Y<  
    ~(0Y`+gC  
    Iei4yDv ;  
    7.设计过程 M!6bf  
    v:T` D  
    ;1OTK6  
    Y.*lO  
    qaGIU`}:$A  
    %J%gXk}]  
    3x9C]  
    设计和优化过程由两步完成: M[*:=C)H  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 f,a4LF  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法(IFTA)进行后续的优化。 $kz5)vj "  
    ptq{$Y{_  
    8.系统模拟 O-2H!58$)  
    • 设计和优化后,IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 {:FITF3o  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 hJ4.:  
    • 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。 GRV9s9^  
    • 然后用户可以任意修改系统,来进行进一步的分析。 S@"=,Xj M  
    ez5`B$$  
    'IW+"o  
    w./EJk KI  
    9. 初始几何光学设计的结果 `Zi#rr|)L  
    OB^2NL~Q~  
    @ Q1jH~t  
    a&ByV!%%+_  
    0 De M  
    感兴趣的优化函数 w+$gY?%  
    • 效率满足(>95%) yEqmB4^-  
    • 信噪比不满足(<30db) X5/{Mx`8Oz  
    • 杂散光不满足(>5% i:8^:(i  
    TgB;R5  
    *nW9)T  
    v_@_J!s  
    h{xER IV1u  
    10. 后续IFTA优化后的结果 5)o IPHXw  
           o%QQ7S3 P  
    1=a}{)0h  
    *f#4S_ws`  
    *_wef/==  
    F i/G, [q  
    感兴趣的优化函数 +e:ZN tr9  
    • 效率满足(>95%) XZ&v3ul  
    • 信噪比满足(<30db) BD0-v`  
    • 杂散光满足(<5%) l9ihW^  
    ,< icW &a  
    11.总结 (}}8DB  
    • VirtualLab Fusion允许设计,优化和分析衍射光束整形器。 r"[T9  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 )IhY&?jk?  
    • 可以生成任意二维场分布,通常是高帽或线。 85{vz|(':  
    • 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。 QMxz@HGa|  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 l.W:6", w  
     
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