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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 nl.~^CP  
     H f!9`R[  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 $:xF)E  
    展示了可能的期望需求，设计，优化和一个能够生成无散斑高帽的衍射光学元件(DOE)的相位透过率函数的分析。 InAU\! ew  
    V+P8P7y37B  
    2．模拟任务 .LWOM8)  
    cr2{sGn|  
    aE%eJ)+K  
    DOE： ru#T^AI*^  
    相位型衍射 2O}s*C$Xav  
    光束整形器 i!s~kk  
    直径：2mmx2mm  `;zu1o  
    形状：圆形 XfD z #  
    相位级次：16     4W[AXDS  
    !&1}w86  
    K7)j  
    3.建模任务：入射光场 Vp5V m  
    ?{y:s!!  
    IwZZewb-a  
    高斯准直激光光束的光束参数 CnM+HN30o  
    S7@ZtFf  
    • 波长：632.8nm t;Fbt("]:  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm <=B1"'\  
    '8]|E  
    /1[}G!  
     Ek gZxT_&  
    4.建模任务：期望输出光场 (cPeee%Q  
    8=ukS_?Vy  
    ==PQ-Ia  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: * K0j5dx  
    F^/~@^{P  
    • FWHM-直径：0.5mm E.5*Jr=J  
    • 边缘宽度：50um w>/pQ6=OFR  
    • 效率：>95% (ffOu#RQ3  
    • 信噪比（SNR）：>30dB uFA|r X  
    • 杂散光：<5% N3S,33 8s  
    , }xpYq_/  
     A>&>6O4  
    A?6{  
    5.设计方案 [[.&,6  
    F3H:I"4  
    $=@9 D,R  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 c_D,MW\IC  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 -.+KCt G$+  
    T_YMM'`  
    a!hI${Xn  
     TnMVHO-  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 ;|;h9"  
     g 'd*TBnk  
    :yFTaniJ'.  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 eEg1-  
    • 用户必须输入所需的信息 HNkZ1+P {  
    - 入射场 '<{oYXZW3  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） LB64W ;#h  
    - 系统参数 h M1&A  
    - 制造条件 4cVs(`g^  
    cx1WGbZ  
     UG^?a  
    "p6:ekw  
    7.设计过程 mPw56>  
    ba:mO$  
    TS~Y\Cp  
    4%#V^??E  
    ?Uy*6YS  
    2y .-4?e  
    #:Sy`G6!?  
    设计和优化过程由两步完成： 5qeS|]^`  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 B'lxlYV1  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 .T62aJ   
     hsQrd%{f  
    8.系统模拟 zDGg\cPj9  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 R>YMGUH~w  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 "k_n+cH%  
    • 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。 Ep,0Z*j  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 )2<B$p  
    J*q=C%}.  
     Zc' >}X[G  
    P/1UCITq}  
    9. 初始几何光学设计的结果 '@}?NV0  
    e$xv[9  
    Oa_o"p<Lr  
    2*7s 9g  
    }:c,S O!  
    感兴趣的优化函数 MTFVnoZMQ_  
    • 效率满足（>95%） :v WYI I7  
    • 信噪比不满足（<30db） p#8LQP~0$  
    • 杂散光不满足（>5% a@a1TpLQ  
     l_q>(FoqA  
    ,ov v  
    i&s=!`  
    )zc8bS  
    10. 后续IFTA优化后的结果 r1az=$  
           Xw}Y!;<IEu  
    X%R^)zKV  
    O^="T^J  
     y\f8Ird  
    w2C!>fJ]1  
    感兴趣的优化函数 z1@sEfk>  
    • 效率满足（>95%）  &t%&l0  
    • 信噪比满足（<30db） ZX5A%`<M  
    • 杂散光满足（<5%） }AH|~3|D  
    (!&O4C5  
    11.总结 a ~iEps  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 ht74h  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 l<MCmKuYp  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 U%PMV?L{  
    • 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。 8wx#,Xa  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 d# ?* 62  
     
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