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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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    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-04
    1.简介 nrbazyKm  
      2$)mC9  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 $owb3g(%4  
    展示了可能的期望需求，设计，优化和一个能够生成无散斑高帽的衍射光学元件(DOE)的相位透过率函数的分析。 v,*Q]r0m  
    qAORWc  
    2．模拟任务 L6kZ2-6  
    ;%!tf{Si  
    LV\ieM  
    DOE： wzbz }P>  
    相位型衍射 d/4ubf+$k  
    光束整形器 i\vpGlx  
    直径：2mmx2mm #!1IP~  
    形状：圆形 j$0zD:ppW  
    相位级次：16     IO6MK&R  
    1^tSn#j  
    !c."   
    3.建模任务：入射光场 lT3|D?sF  
     )Oo2<:"  
    ~R$[n.Vpk  
    高斯准直激光光束的光束参数 uYabJqV  
    *{Yi}d@h(  
    • 波长：632.8nm +/(|?7i@  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm i.F8  
    i<Q& D\Pv  
    iA&oLu[y3  
     *F|i&2  
    4.建模任务：期望输出光场 /t$*W\PL@  
    q$|0)}  
    >^ ;(c4C  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: (< :mM  
    "B~WcC  
    • FWHM-直径：0.5mm yW{mK  
    • 边缘宽度：50um NQg'|Pt(%  
    • 效率：>95% L2<+#O#  
    • 信噪比（SNR）：>30dB % kJh6J  
    • 杂散光：<5% [' ?^>jfr  
    tz"5+uuu  
     A%P 8c  
    E`(5UF*>  
    5.设计方案 T<XfZZ)l<`  
    t[/\KG8  
    ,RR;VKj  
    • 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）。 f!mE1,eBEe  
    • 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）。 0c`sb+?  
    Lblet  
    I7A7X*  
     prqyoCfq  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 7KeXWW/d  
     4v0dd p  
    +jv }\Jt  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 :a=ro2NH  
    • 用户必须输入所需的信息 `S5>0r5[  
    - 入射场 9) jo7,VM  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） W;q#ZD(;  
    - 系统参数 8I<_w4fC  
    - 制造条件 =jsx (3V   
    =kwb` Z/a  
     ]!]`~ Z/  
    o*?[_{x W  
    7.设计过程 '_k>*trV  
    QjehDwt|  
    &qNP?>C!=  
    \)uy"+ Z`  
    A>4l/  
    >F,$;y52  
    +[>y O _}  
    设计和优化过程由两步完成： *Ro8W-+  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 Z@<q/2).|  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 u![4=w  
     N-]\oMc2  
    8.系统模拟 O\LjtMF  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 JqL<$mSep  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 'Na|#tPYI  
    • 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。 un.G6|S  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 %j~9O~-  
    I/u'bDq  
     s'R~ r  
    qJ#L)  
    9. 初始几何光学设计的结果 Tbe_x s^  
    ac2}3 $u  
    C}x4#bNK  
    ]R97n|s_  
    pI'8>_o  
    感兴趣的优化函数 #k"1wSx16  
    • 效率满足（>95%） _JfJ%YXy  
    • 信噪比不满足（<30db） 71K\.[ =-  
    • 杂散光不满足（>5% jXc5fXO N  
     ]$*$0  
    .q AQP L  
     Bq~AU#  
    z4 4  
    10. 后续IFTA优化后的结果 d)`nxnbMeM  
           bx+(.F  
    cRs{=RGc  
    l=Lmr  
     J`U$b+q6  
    6|Ba  
    感兴趣的优化函数 ek Y?  
    • 效率满足（>95%） g_3rEvf"4  
    • 信噪比满足（<30db） Ws2prh^e(  
    • 杂散光满足（<5%） BZ]&uD|f  
    'US:Mr3  
    11.总结 `XQx$I  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 \#h})`  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 8cYuzt]..  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 v*vub#wP  
    • 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。 *!-}lc^4  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 BDv|~NHs  
     
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