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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 *[0)]|r  
     .Af H>)E  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 73tWeZ8rvx  
    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。 ,7*-%05[\  
    eW zyydl  
    2．模拟任务 z+F:_  
    n^$HC=}S  
    kq=tL@W`0}  
    DOE： iYl$25k/1  
    相位型衍射 4Vrx9 sA1  
    光束整形器 _~_6qTv-d  
    直径：2mmx2mm ?%RR+(2m  
    形状：圆形 v m)'C C  
    相位级次：16     77o&$l,A|  
    eKek~U&  
    $,#,yl ol  
    3.建模任务：入射光场 ~ZXAW~a}  
    B)L;ja  
    >W?7a:#,  
    高斯准直激光光束的光束参数 2Ik@L,  
    ljRR{HOl  
    • 波长：632.8nm Ehf3L |9   
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm 4 Q FX  
    *'h vYl/?>  
    )uIH onXU  
     tx{tIw^2;  
    4.建模任务：期望输出光场 rkC6 -9V  
    +yYSp8>  
    1$a dX  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: {qkd63 X  
    {uuvgFC  
    • FWHM-直径：0.5mm B^sHFc""V  
    • 边缘宽度：50um txW<r8  
    • 效率：>95% qvhol  
    • 信噪比（SNR）：>30dB =| M[JPr  
    • 杂散光：<5% -(YdK8  
    1O]27"9  
     w=S7zzL)  
    13:0%IO  
    5.设计方案 MX#MDA-4  
    |`yzH$,F  
    ;Z(~;D  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 4yu ^cix(  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 hV4\#K[  
    a,U@ !}K  
    "3Z<V8xB  
     HJ,sZ4*]]  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 m+/-SG  
     1*Ui=M4  
    !^*I?9P  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 @43o4,  
    • 用户必须输入所需的信息 Bz#K_S  
    - 入射场 ,Cckp! 6  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） bs_"Nn?  
    - 系统参数 2o5v{W  
    - 制造条件 h.W;Dmf6]  
    JV#)?/a$z  
     e!(0y)*  
    j!H\hj/]  
    7.设计过程 `+(|$?Cu  
    : *Nvy={c  
    #j{!&4M  
    Jy X7I,0  
    kGZ_/"iuO  
    a+CHrnU\;  
    Ur]~>-Z  
    设计和优化过程由两步完成： )2 P4EEs[  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 @9QtK69  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 2 S\~  
     7gV"pa  
    8.系统模拟 NgnHo\)  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 r4~Bn7j2  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 .qioEqK8!y  
    • 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。 wxg`[c$:  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 *eO@<j?  
    kxg]sr"  
     g& *pk5V>  
    L/w9dk*uv  
    9. 初始几何光学设计的结果 Upr:sB  
    cmIAWFj-)e  
    I,r 3.2u  
    {q1&4U~'>O  
    "b!QE2bRO  
    感兴趣的优化函数 OKp(A  
    • 效率满足（>95%） r'p;Nj.  
    • 信噪比不满足（<30db） WRJ+l_81  
    • 杂散光不满足（>5% *a@pZI0'  
     TIV1?S  
    8E/]k\  
    j:0VtJo~  
    h@72eav3+  
    10. 后续IFTA优化后的结果 A`7uw|uO$  
           Z3G>DF:$  
    9BGPq)#  
    <=V2~ asB  
     :XMw="u=  
    ?J+[|*'yK  
    感兴趣的优化函数 !+.|T9P  
    • 效率满足（>95%） 1V?}";T  
    • 信噪比满足（<30db） Ho?+?YJ#P  
    • 杂散光满足（<5%） OxqbHe  
    "RH2%  
    11.总结 qeCx.Z  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 ehXj.z  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 \qAMs^1-  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 ,{7wvXP  
    • 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。 :x97^.eW~  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 +V&b<y;?>  
     
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