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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 U9/>}Ni%3G  
     :&'[#%h8  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 H!81Pq~  
    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。 ?O|CY  
     &$ x1^  
    2．模拟任务 S_|VlI  
    )Bb:?!EuEH  
    Q2 S!}A  
    DOE： ^h5h kIx0  
    相位型衍射 .!^}sp,E  
    光束整形器 's>./Pf  
    直径：2mmx2mm qJyGr ?  
    形状：圆形 Q$B\)9`v[  
    相位级次：16     "Ei' FM  
    .}4^b\   
    vyXL F'L  
    3.建模任务：入射光场 OV+|j  
    ndE"v"_H  
    "~nUwW|=1  
    高斯准直激光光束的光束参数 RX cfd-us  
    X[;-SXq  
    • 波长：632.8nm }%lk$g';  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm _]"uq/UWp  
    *_,: &Ur  
    ^dP]3D1 @  
     v*3tqT(%  
    4.建模任务：期望输出光场 a*3h|b<  
    zAA3bgaa  
    %'3Y?d  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: }u&,;]  
    '1NZSiv+C?  
    • FWHM-直径：0.5mm 0\DlzIO  
    • 边缘宽度：50um U3rpmml  
    • 效率：>95% <%ZlJ_cM  
    • 信噪比（SNR）：>30dB $?M$^- (e  
    • 杂散光：<5% K[s!3.u  
    C<"b99\2`  
     #_9Jam%M  
    8;+dlWp  
    5.设计方案 z.6I6IfL\L  
    E!]d?t3b  
    1_MaaA;ow"  
    • 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）。 r(i!".Z  
    • 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）。 d:GAa   
    wNtPh&  
    +|c1G[Jh  
     .J fV4!=o  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 'M=c-{f~  
     C[2LP$6*/  
    3Jj 3!aDB  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 J,,+JoD  
    • 用户必须输入所需的信息 w7"&\8a  
    - 入射场 VcpN PU6  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） %5-   
    - 系统参数 =c Krp'  
    - 制造条件 geJO#;  
    csCi0'u  
     2& ZoG%)  
    H;kk:s'  
    7.设计过程 s3+6Z~g'B  
    ~9h/{$  
    yIG*  
    =Xu(Js-  
    NoD\t(@h  
    g6l&;S40  
    Q ~>="Yiu  
    设计和优化过程由两步完成： h6uv7n~4  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 ^/_1y[j  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 p({)ZU3  
     @$] CC1Y  
    8.系统模拟 ly)L%hG  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 NUb:5tL  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 n^:Wc[[m  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 <F#/wU^9  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 K.I  \E  
    :j4i(qcF  
     bP3S{Jt-|  
    [X=J]e^D  
    9. 初始几何光学设计的结果 ptvM>zw'~g  
    s\dhQZw3  
    r5(-c]E7  
    <h<4R Rj  
    uU#7SX(uu  
    感兴趣的优化函数 9<Kc9Z  
    • 效率满足（>95%） zm`^=cV  
    • 信噪比不满足（<30db） ~ @Au<   
    • 杂散光不满足（>5% .p d_SQ~  
     nd?R|._R  
    dX>l"))yR  
    XF=GmkO  
    ?Rg8u  
    10. 后续IFTA优化后的结果 3t^r;b  
           a eo/4  
    ({l!'>?  
    p@x1B &Z  
     A"` (^#a  
    kTe0"  
    感兴趣的优化函数 ecl$z6'c  
    • 效率满足（>95%） M+q|z0U  
    • 信噪比满足（<30db） {Kh u'c  
    • 杂散光满足（<5%） u%`4;|tI  
    2gC.Z:}  
    11.总结 *q/oS8vavd  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 @vcvte  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 `fUem,$)1F  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 tzFgPeo$;  
    • 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。 ?]bZ6|;2  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 #7~i.8L  
     
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