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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 O:#to  
     FOZqN K  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 ]`MRH[{  
    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。 u+Li'Ug  
    n_aKciF  
    2．模拟任务 8]0^OSS  
    tDi<n}  
    39OZZaWL  
    DOE： .G^ .kg ,  
    相位型衍射 s~GO-v7  
    光束整形器 Dr;@)  
    直径：2mmx2mm 4Ld0AApncy  
    形状：圆形 F Hv|6zUX  
    相位级次：16     _-EHG  
    lVqvS/_k$  
    7c+u+Yet  
    3.建模任务：入射光场 % $ 5hC9  
    Tj.;\a|d  
    r`" ?K]rI  
    高斯准直激光光束的光束参数 TfJB;  
    Z!#zr@'k  
    • 波长：632.8nm JK_sl>v.7  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm n&@\[,B  
    8Uc#>Ae'_  
    aeSXHd?+(  
     Chjth"  
    4.建模任务：期望输出光场 fx9c1h9s  
    W1Ht8uYG3  
    ~_R=2t{u _  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: = uOFaZ4  
    JeiW z1t  
    • FWHM-直径：0.5mm `/#6k>  
    • 边缘宽度：50um ')go/y`YK  
    • 效率：>95% ,cpPXcz?,  
    • 信噪比（SNR）：>30dB YncY_Hu  
    • 杂散光：<5% lGs fs(  
    }4+S_b  
     R,tR{| 8  
    TVKuvKH8U  
    5.设计方案 N2C^'dFj  
    Y,?rykRj  
    @v|_APy#  
    • 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）。 7:;P>sF@  
    • 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）。 ^f>+5G  
    st pa2z  
    ]{dg"J  
     (/c9v8Pr(7  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 " >;},$  
     cp[k[7XGD  
    1J^{h5?lU  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 K47W7zR  
    • 用户必须输入所需的信息 Io| 72W}rg  
    - 入射场 ~GMlnA]6  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） voCQ_~*)9  
    - 系统参数 3<?#*z4]_  
    - 制造条件 q S2#=  
    \Z<' u;  
     Haiuf)a  
    '@rGX+"  
    7.设计过程 y~;Kf0~  
    %KRAcCa7  
    +K]kGF  
    k_$w+Q  
    4R@3jGXb8q  
    p)d'yj  
    $5|/X&"O)/  
    设计和优化过程由两步完成： +.5 /4?  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 :jgwp~l  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 < JA5.6<=  
     ,M5J~Ga  
    8.系统模拟 =((#kDrN  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 E[^66(KR  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 ]uj6-0q){W  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 We_/:=  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 MHk\y2`/;  
    %YA=W=Yd  
     ^HQg$}=  
    }`M[%]MNc  
    9. 初始几何光学设计的结果 yiiYq(\{  
    m^%[  
    >kd&>)9v  
    PL[7|_%  
    S2h?Q $e3  
    感兴趣的优化函数 ZWxq<& Cg  
    • 效率满足（>95%） 2VA\{M  
    • 信噪比不满足（<30db） +t})tDPXw  
    • 杂散光不满足（>5% :6./yj(  
     H~e;S#3_v  
    -!k"*P  
    8$BZbj%?hx  
    =4 36/O`K  
    10. 后续IFTA优化后的结果 Y FL9Q<  
           7lqj" o(  
    z;x $tO  
    )E'iC  
     "(>P=  
    MyXgp>?~T  
    感兴趣的优化函数 ECWn/4Aws  
    • 效率满足（>95%） 5\A[ra  
    • 信噪比满足（<30db） '!I^Lfz-Z  
    • 杂散光满足（<5%） !g-|@W  
    @YHB>rNf(7  
    11.总结 c~K^ooS-  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 Gcna:w>6d  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 51u8.%{4  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 T XWi5f[  
    • 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。 M1^,g~e  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 _pnJ/YE  
     
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