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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 i[1K~yXq:  
     eMyh&@7(F  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 Oz(0$c  
    展示了可能的期望需求，设计，优化和一个能够生成无散斑高帽的衍射光学元件(DOE)的相位透过率函数的分析。 sy`@q<h(  
    o?(({HH  
    2．模拟任务 3D L7  
    ^`>,~$Q  
    =Hplg>h)  
    DOE： ^\=<geEj  
    相位型衍射 +bpUb0.W  
    光束整形器 Hhx"47:  
    直径：2mmx2mm G"P@AOw  
    形状：圆形 .4E5{F{~  
    相位级次：16     \6o%gpUkD  
    iJ n<  
    2"+8NfFl  
    3.建模任务：入射光场 JDPn   
    EH{m~x[Ei  
    BSt^QH-'  
    高斯准直激光光束的光束参数 j"6r]nc&  
    ybLl[K(D=  
    • 波长：632.8nm y#F`yXUj  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm lz2B,#  
    4/UY*Us&  
    UhKC:<%  
     Y,BzBUWK  
    4.建模任务：期望输出光场 K|JpkEw  
    |a9d]^  
    fA"N5qQI(  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: BfZAK0+*$  
    BUcPMF%\y:  
    • FWHM-直径：0.5mm to9~l"n.s  
    • 边缘宽度：50um E4;vC ?K{  
    • 效率：>95% '5xIisP  
    • 信噪比（SNR）：>30dB 4WCWu}  
    • 杂散光：<5% *IBT!@*Q&  
    B(tLV9B3Q  
     o/0cd  
    < 12ia"}  
    5.设计方案 A^lJlr:_`  
    9C&Xs nk  
    |v,%!p s  
    • 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）。 Ff6l"A5  
    • 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）。 ^h wF=  
    #snwRW>=[  
    $sF'Sr{)y  
     ogD 8qrZ6J  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 pJ8;7u  
     &1nZ%J9  
    G<1)N T\u  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 ',Y`XP"Q  
    • 用户必须输入所需的信息 ^a+W!  
    - 入射场 NTq#'O) f  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） x=-dv8N?  
    - 系统参数 R1't W=  
    - 制造条件 Qm9r>m6p@N  
    X}jWNN  
     HC1jN8WDY  
    \ a}6NIo  
    7.设计过程 LPuc&8lGWf  
    w3,DsEXu  
    '7BJ.  
    7 2Zp%a=  
    'v|R' wi\  
    j&6O 1  
    Y dgDMd-1  
    设计和优化过程由两步完成： p7SX,kpt>  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 ^7b[s pqE  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 5&Y%N(  
     h>0R!Rl8  
    8.系统模拟 qH 1k  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 Evjvaa^  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 Tt^PiaS!  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 Z"ce1cB  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 }G{'Rb  
    o`tOnwt  
     :eHD{=  
    n,,hE_  
    9. 初始几何光学设计的结果 ;i;2cq  
    ?WVp,vP  
    D./!/>@f  
    mBAI";L3  
    v w.rkAGY  
    感兴趣的优化函数 Kp]\r-5UD>  
    • 效率满足（>95%） >JSk/]"  
    • 信噪比不满足（<30db）  5yA1<&z  
    • 杂散光不满足（>5% )># Y,/q  
     p* '%<3ml  
     !' }  
    OEZ`5"j  
    DJWm7 t  
    10. 后续IFTA优化后的结果 O {hM  
           rnOg;|u8  
    SRP.Mqg9  
    DfPC@` k  
     n0\k(@+k  
    vHydqFi9  
    感兴趣的优化函数 ,0pCc<  
    • 效率满足（>95%） lwVo%-  
    • 信噪比满足（<30db） XJ$mRh0`K  
    • 杂散光满足（<5%） hXAgT!ZD  
    MbT;]Bo  
    11.总结 . X:  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 G5l?c@o  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 1QA{NAnu&  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 jV|j]m&t  
    • 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。 l-v(~u7  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 -22]|$f  
     
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