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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 exfJm'R?n  
     '(S@9%,aK1  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 ! ,v!7I  
    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。 4w)aAXK  
    C3#mmiL-  
    2．模拟任务 ~A-1x!YiU  
    <aVfgVS  
    rO;Vr},3\%  
    DOE： :}[RDF?  
    相位型衍射 'U %L\v,  
    光束整形器 +o*&JoC  
    直径：2mmx2mm V+yyy- /  
    形状：圆形 @x4IxGlUs  
    相位级次：16     x_eR/B>  
    wFHz<i!jr&  
    5j S8{d0  
    3.建模任务：入射光场 -sqoE*K[8  
    FsXqF&{  
    8`4Z%;1  
    高斯准直激光光束的光束参数 ~ 6`Ha@  
    A"PmoV?lAm  
    • 波长：632.8nm X61p xPa  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm F/(z3Kf  
    `~S ; UG   
    /#]4lFk:h  
     ^XbN&'^,HL  
    4.建模任务：期望输出光场 DFUW^0N  
    99]&Xj  
     Q&d"uLsx  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: ' 6#en9{L  
    x,~ys4  
    • FWHM-直径：0.5mm D3MRRv#  
    • 边缘宽度：50um Co%EJb"tk  
    • 效率：>95% tPb$ua|  
    • 信噪比（SNR）：>30dB teDO,$  
    • 杂散光：<5% 8E:d!?<^&I  
    F\"`^`(O  
     Ce%fz~*b  
    ZY Ci&l  
    5.设计方案 'A}@XGE:p  
    p\&Lbuzv  
    O,+ZD^  
    • 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）。 P+j5_V{\b  
    • 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）。 )?zlhsu}1;  
    (tLAJ_v!.K  
    U<"@@``+N  
     ( ;(DI^Un8  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 *53@%9 {u  
     F4xXJ"vc  
    $Z2Y%z6y  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 S~+er{,ht4  
    • 用户必须输入所需的信息 JPq2C\Ka  
    - 入射场 (TjY1,f!H  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） vXP+*5d/ K  
    - 系统参数 W? ^ ?Kx  
    - 制造条件 },W<1*|  
    1q Jz;\wU  
     ZNX=]]HM<n  
    `uN}mC!r]  
    7.设计过程 8:=EA3  
    E#L"*vh  
    E/6@>.T?'  
    *=p[;V  
    'Rg6JW\  
    [IgB78_$  
    'q:t48&  
    设计和优化过程由两步完成： QwaAGUA  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 4* vV9*'!  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 Y>l92=G  
     zK P{A Sk  
    8.系统模拟 F6$QEiDu@  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 `c )//o  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 ?;dfA/  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 Up/s)8$.  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 F ^mMyK  
    "yo~;[  
     E Pgn2[z  
    13X\PO'9  
    9. 初始几何光学设计的结果 pg4J)<t#  
    *co=<g]4KY  
    ofu {g  
    >n^| eAH  
    qyx  '  
    感兴趣的优化函数 wACx}'+M  
    • 效率满足（>95%） hA0g'X2eC  
    • 信噪比不满足（<30db） i3s,C;7[2  
    • 杂散光不满足（>5% Gd]!D~[1  
     Y9K$6lz  
     LG/6_t}  
    Y\sSW0ZX  
    AusCU~:>  
    10. 后续IFTA优化后的结果 4.^1D';(  
           JQp::,g  
    a+--2+~=  
    j%V95M% $  
     mqx#N%  
    wj'5D0   
    感兴趣的优化函数 r/32pY  
    • 效率满足（>95%） Y~j )B\^{  
    • 信噪比满足（<30db） z TM1 e  
    • 杂散光满足（<5%） g20,et  
    >H*?ktcW  
    11.总结 `h:$3a:5  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 k70o=}  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 n'&Cr0{  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 NFEF{|}BM  
    • 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。 [YsN c  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 m-M.F9R  
     
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