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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 ke'p8Gz  
     &3S;5{7_e  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 fh:=ja?bM3  
    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。 ?^5W.`Y2i  
    Y -7x**I  
    2．模拟任务 N{L]H _=  
    %[&cy'  
    nS]/=xP{  
    DOE： W;OxH"eC  
    相位型衍射 "?}QwtUW  
    光束整形器 A\.k['!  
    直径：2mmx2mm ZLxe$.V_  
    形状：圆形 :G$NQ* (z  
    相位级次：16     %t:1)]2  
    &=K-~!?  
    %U-KQI0  
    3.建模任务：入射光场 x !]ZVl]  
    jKM-(s!(  
    DM~Q+C=Yr  
    高斯准直激光光束的光束参数 G2 xYa$&][  
    ]J?5qR:xCy  
    • 波长：632.8nm qyQPR  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm Eki7bT@/  
    ,t(y~Z wJ  
    BY32)8SH  
     f+-w~cN  
    4.建模任务：期望输出光场 64h r| v  
    :q0C$xF  
    V92e#AR  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: xGPt5l<M&  
    80c\O-{  
    • FWHM-直径：0.5mm +twJHf_U  
    • 边缘宽度：50um ;'p X1T  
    • 效率：>95% bmzs!fg_~R  
    • 信噪比（SNR）：>30dB ^L*:0P~  
    • 杂散光：<5% ~Se/uL;*  
    @;JT }R H-  
     b6R0za  
    +.b~2K1  
    5.设计方案 SI8mr`gJ  
    ]C}z3hhk  
    \7jcZ~FBX%  
    • 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）。 i,$*+2Z  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 f)?s.DvUB  
    "((6)U#  
    `cMa Fc-y/  
     /8 Ca8Ju  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 ! FhN(L[=j  
     w3fi2B&q  
    k0{Mq<V*%  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 =Q[ 5U9  
    • 用户必须输入所需的信息 s{Ryh.IyI  
    - 入射场 y3))I\QT  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） q71Tg  
    - 系统参数 7f~.Qus  
    - 制造条件 "Do9gW  
    j""u:l^+x  
     Pdrz lu   
    MJ4+|riB  
    7.设计过程 Ag#p )  
    drNfFx 2  
    !pQQkZol  
    Q<wrO  
    GyRU/0'BME  
    +*lSB%`aS  
    f*p=]]y  
    设计和优化过程由两步完成： )LKutN?tBy  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 m7~kRY514  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 pR; AqDQ  
     !1-:1Whz8  
    8.系统模拟 AW%^Xt  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 {6 C!^ 5  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 LmseY(i N  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 f0O"Hm$Z  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 &,3.V+Sz  
    cRI&cN"o  
     =Pd3SC})6V  
    D)K/zh)  
    9. 初始几何光学设计的结果 #zZQ@+5zw  
    doW_v u  
    4$@5PS#,  
    G\=7d%T+  
    R*'rg-d  
    感兴趣的优化函数 }3V Q*'X>i  
    • 效率满足（>95%） ysu"+J  
    • 信噪比不满足（<30db） CM!bD\5  
    • 杂散光不满足（>5% PL%U  
     ZZX|MA!  
    :-69,e  
    XSpX6fq  
    %f*8JUE16  
    10. 后续IFTA优化后的结果 L|u\3.:  
           Pz:,q~  
    !Hr~B.f7  
    z^ rf;  
     oDrfzm|[Y  
    OtBVfA:[  
    感兴趣的优化函数 zr-HL:js  
    • 效率满足（>95%） p>Qzz`@e  
    • 信噪比满足（<30db） Xt_8=Q  
    • 杂散光满足（<5%） sV%<U-X  
    qm{(.b^  
    11.总结 @_J~zo  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 O>IY<]x>L  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 ~*79rDs{  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 C-V,3}=*2  
    • 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。 !NuiVC]  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 RplLU7  
     
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