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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 <Pi|J-Y  
     , JQp'e  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 !/]WrGqbS  
    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。 2V#>)R#k  
    Zo~  
    2．模拟任务 m+T;O/lG0{  
    =7m)sxj]w  
      #^A*  
    DOE： @W"KVPd  
    相位型衍射 jr:7?8cH0L  
    光束整形器 AiO$<CS  
    直径：2mmx2mm #$8% w  
    形状：圆形 wLnf@&jQ%  
    相位级次：16     1 P!Yxeh  
    )`O~f_pIC  
    m0a?LY  
    3.建模任务：入射光场 x5-}h*  
    <"my^  
    HK0! P*  
    高斯准直激光光束的光束参数 oV|4V:G q  
    I!Z_ [M  
    • 波长：632.8nm wMg0>  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm EZ`te0[  
    2KYw}j|5  
    |#cm`v  
     "4{LN}`  
    4.建模任务：期望输出光场 F7EKoDt  
    _)>_{Pm  
    (Hb:?(  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）:  jYmR  
    NUWDc]@J*  
    • FWHM-直径：0.5mm 3@$,s~+ 3  
    • 边缘宽度：50um g'n7T|h ~  
    • 效率：>95% biU^[g("  
    • 信噪比（SNR）：>30dB ?En O"T.  
    • 杂散光：<5% MS 81sN\d  
    2Ay* kmW  
     Enn"hdI  
    /)}q Xx&  
    5.设计方案 3 09hn  
    f$Fhf ?'  
    P"IPcT%Ob%  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 Z8@J`0x  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 _M`--.{\O[  
    lvBx\e;7P  
    g+Sbl  
     CR"|^{G  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 /-_h1.!   
     8m\7*l^D:  
    4gz H8sF  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 mpU$ +  
    • 用户必须输入所需的信息 v4`"1Ss,K  
    - 入射场 0zlb0[  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） :toh0oB[  
    - 系统参数 :OhHb #D  
    - 制造条件 W14 J],{L  
    /_AnP  
     Eg#K.5hJ  
    D%OQ e#!  
    7.设计过程 ORHp$Un~)  
    |Mu p8(gCk  
    fzb29 -  
    Vt %bI0#  
    bYpnt V  
    QkEvw<  
    Dwr)0nk  
    设计和优化过程由两步完成： ODNM+#}`  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 =[cS0Sy  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 n 22zq6m  
     bMg(B-uF7  
    8.系统模拟 v &Yi  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 .w=/+TA  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 aQ?/%\>  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 P;=n9hgHI  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 lT(WD}OS  
    /Y W>*?"N  
     ;qafT@ }C  
    oTU!R ,  
    9. 初始几何光学设计的结果 )t0$qd ]  
    *4Thd:7 `  
    ,Ys %:>?  
    +%T\`6  
    =9'RM>  
    感兴趣的优化函数 Bu<M\w?7Y  
    • 效率满足（>95%） ww\CQ6/h  
    • 信噪比不满足（<30db） W>Y@^U&x`  
    • 杂散光不满足（>5% ]HKQDc'  
     QR c{vUR&  
    a oD`=I*<  
    [')m|u~FS4  
    jSh5!6O  
    10. 后续IFTA优化后的结果 !"HO]3-o  
           h58`XH  
    3oGt3 F{gZ  
    :q$.,EZ4#n  
     =x%dNf$e{W  
    Su 586;\  
    感兴趣的优化函数 Y;dz,}re  
    • 效率满足（>95%） rq8K_zp  
    • 信噪比满足（<30db） .b3Qfxc>  
    • 杂散光满足（<5%） B:b5UD  
    iV5yJF{ZH  
    11.总结 ?i7%x,g(Z  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 bR*-Ht+wd  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 *xx'@e|<;  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 {C 6=[  
    • 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。 x5,++7Tz  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 Tzt8h\Q^z  
     
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