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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 P{{pp<tX*&  
     68pB*(i  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 k- ?:0  
    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。 \@ j YY~  
    Gx.iZOOH/  
    2．模拟任务 H%AF,  
    a/(IvOy#6  
    AzwG_XgM)  
    DOE： MK*WStY  
    相位型衍射 -5_[m@Vr  
    光束整形器 ;g M$%!&  
    直径：2mmx2mm HRPNZ!B  
    形状：圆形 u\,("2ZW9+  
    相位级次：16     ^{vf|zZ _  
    :W++`f&  
    K:i{us`  
    3.建模任务：入射光场 Gxj3/&]^Y  
    %^r}$mfy:0  
    G31??L:<  
    高斯准直激光光束的光束参数 e{8j(` (;#  
    ATdK)gG  
    • 波长：632.8nm ~gjREl,+D#  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm tBZ&h` V  
    ]I|3v]6qR  
    :Ur=}@Dj  
     m)]A$*`<  
    4.建模任务：期望输出光场 @7C?]/8#  
    QnWM<6xK"  
    }.uB6&!:  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: RH=Tu6i  
    ) ag8]   
    • FWHM-直径：0.5mm ) Apg  
    • 边缘宽度：50um @y#QHJ.j  
    • 效率：>95% .7!n%Ks  
    • 信噪比（SNR）：>30dB ^YpA@`n  
    • 杂散光：<5% ?-"%%#  
    C#y[UM5\k;  
     LHt{y3l]  
    eTV%+  
    5.设计方案 r dc} e"v  
    /Ww_fY  
    ]T3dZ`-(  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 j70]2NgX  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 /p=9"?  
    I^5T9}>Q  
    gD[Fkq$]  
     f-V8/  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 UHtxzp =[  
     Mbt}G|;8H7  
    .Q,IOCHk  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 gZ5E%']sT  
    • 用户必须输入所需的信息 [I`r[u  
    - 入射场 ,@_$acm  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） S_z}h  
    - 系统参数 ,C#Mf@b  
    - 制造条件 Bh9O<|E  
    m"2KAq61  
     _d8k[HAJ|  
    \LFRu  
    7.设计过程 {\OIowa  
    q<YteuZJ,  
     Yfk){1  
    c !$ 8>  
    FBjIft5e  
    +DWmutL  
    6\MJvg\;  
    设计和优化过程由两步完成： ^lqcF.  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 [e2sUO0~r  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 N0@&eX|$i4  
     sckyG  
    8.系统模拟 -fl?G%:(!0  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 #?xhfSgr  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 %$b)l? !  
    • 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。 U&fOsx?"  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 f6 zT  
    \#(cI  
     C043h?x  
    z$3 3NM  
    9. 初始几何光学设计的结果 ;79X# hI  
    U9D4bn D  
    `laaT5G\y  
    KzRw)P  
    UTEUVcJ\  
    感兴趣的优化函数 qll)  
    • 效率满足（>95%） D6iHkDTg  
    • 信噪比不满足（<30db） S~\i"A)4  
    • 杂散光不满足（>5% m6BIQ(l  
     G<kslTPyq  
    z6)SaSYE  
    |-N\?N9"  
    1 l'Wb2g>A  
    10. 后续IFTA优化后的结果 :t\pi. uWt  
           '`q&UPg]  
    (F$V m  
    .:tAZZ  
     kji*7a?y  
    ^$):Xz  
    感兴趣的优化函数 iH& Izv  
    • 效率满足（>95%） <|~8Ezd  
    • 信噪比满足（<30db） QN_Zd@K*A  
    • 杂散光满足（<5%） 1FU(j*~:  
    g{@q  
    11.总结 hKw4[wB]  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。   5;+OpB  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 ] (3e +JC  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 2R&msdF   
    • 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。 zbdmz  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 .jRp.U  
     
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