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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 l~|x*JTq  
     ]: VR3e"H  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 }/dGC;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。  y5"b(nb  
    azEN_oUV  
    2．模拟任务 !bf8 r  
    ;ps 0wswX  
    x4b.^5"`:  
    DOE： qnFi./  
    相位型衍射 2n/cq K   
    光束整形器 BU3VXnqT[  
    直径：2mmx2mm :Z(w,  
    形状：圆形 ^0 zWiX  
    相位级次：16     c34s(>AC  
    WA~PE` U  
    2P&KU%D)0s  
    3.建模任务：入射光场 7iI6._"!w  
    ]3u$%v c  
    3&39M&  
    高斯准直激光光束的光束参数 %E1_)^ ^  
    tc.`P]R   
    • 波长：632.8nm ;|C[.0;kgv  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm ],!7S"{97  
    A*&`cUoA  
    Qyh_o  
     6[\b]I\Q  
    4.建模任务：期望输出光场 17hFwo`  
    n@`D:;?{  
    8eAc 5by  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: $w:7$:k  
    !(%^Tg=  
    • FWHM-直径：0.5mm p\>im+0oh  
    • 边缘宽度：50um dV~d60jOF  
    • 效率：>95% #kmZS/"  
    • 信噪比（SNR）：>30dB @<n8?"{5S  
    • 杂散光：<5% -XbO[_Wf  
    #b^x!lR  
     rM|] }M=_V  
    L%h Vts'  
    5.设计方案 GjHV|)^  
    \A~r~  
    4hymQ3 g  
    • 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）。 oU\Q|mN(  
    • 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）。 >v r! 3  
    +{eZ@  
    oBBL7/L  
     W*S !}ZT`  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 GS<aXh k  
     ?PpGBm2f*  
     !623;   
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 P&6hk6#  
    • 用户必须输入所需的信息 1u%e7  
    - 入射场 R)[ l 3  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） o?9k{  
    - 系统参数 *5Mg^}ZC5  
    - 制造条件 6Cdc?#&  
    E~b Yk6  
     ?;q  
    QH) uh"  
    7.设计过程 ptA-rX.  
    &efwfnG<  
    W-72&\7  
    }3}{}w0Y  
    #iZ%CY\  
    Q?1' JF!G  
    [~%\:of70n  
    设计和优化过程由两步完成： JQ[~N-  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 CO)BF%?B  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 lZ\8$,B)  
     65@,FDg*i  
    8.系统模拟 )/B' ODa  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 iJ7?6)\  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 &*w)/W  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 NHL -ll-R  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 Q\!0V@$  
    ,hggmzA~  
     _ +"V5z  
    \Y?ByY  
    9. 初始几何光学设计的结果 zG[GyyAQ  
    N1pw*<&  
    8M"0o}wx  
    [|:kS  
    ya*KA.EGg  
    感兴趣的优化函数 "b#L8kN  
    • 效率满足（>95%） X AnN<  
    • 信噪比不满足（<30db） A3;}C+K  
    • 杂散光不满足（>5% SF 7p/gG  
     52zD!(   
    m\Xgvpv rP  
    Z^fkv  
    +H'{!:e5  
    10. 后续IFTA优化后的结果 9:]w|lE:D  
           O.9r'n4f  
    ;I#f:UQ  
    L^7"I 4=(D  
     I Ceb2R  
    V>Zw" #Q  
    感兴趣的优化函数 *yDsK+[_  
    • 效率满足（>95%） )-RI  
    • 信噪比满足（<30db） RTEzcJ>  
    • 杂散光满足（<5%） AWXBk+  
    U^xz>:~  
    11.总结 wcd1.$ n  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 !:N&tuJEv  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 pow.@  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 h"/y$  
    • 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。 5 wT e?  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 5d4/}o}%"  
     
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