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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 Bb:jy!jq_  
     XfbkK )d  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 shn`>=0.&  
    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。 L/nz95  
    lt0(Kf g  
    2．模拟任务 :Fj4YP"  
    8Yq6I>@!  
    &B3\;|\  
    DOE： Y!&dj95y  
    相位型衍射 AW> P\>{RE  
    光束整形器 Zb2 B5( 0  
    直径：2mmx2mm 9zO;sg;3  
    形状：圆形 t4s}w$4  
    相位级次：16     7Ox vq^[  
    P!bm$h*3?  
    ,PN>,hFL  
    3.建模任务：入射光场 o ]Vx6  
    ,  PN?_N  
    mg >oB/,'Z  
    高斯准直激光光束的光束参数 s?%1/&.~  
    u> >t"w  
    • 波长：632.8nm $8i t&/JP,  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm fvNGGn!  
    I[t)V*L9  
    {8I93]  
     G2L7_?/m  
    4.建模任务：期望输出光场 hDp'=}85@  
    _5 y)m5I  
    Ii|<:BW  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: 5@ ZD'  
    %8{' XJ!  
    • FWHM-直径：0.5mm $g|g}>Sc  
    • 边缘宽度：50um /h2`?~k+  
    • 效率：>95% kt;X|`V{5z  
    • 信噪比（SNR）：>30dB )SDGj;j+  
    • 杂散光：<5% )XO2DY1/&  
    ?'_iqg3  
     g>f(5  
    VCc4nn#  
    5.设计方案 Mu:*(P/  
    G0*$&G0nb  
    >) S a#w;  
    • 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）。 RPp_L>&~<  
    • 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）。 b$gDFNa  
    HmX (= Y  
    .2Rh_ful  
     #),QWTl3  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 EKoCm)}d  
     Jge;/f!i  
    \*_a#4a  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 T@Q.m.iV4  
    • 用户必须输入所需的信息 r2&{R!Fj`  
    - 入射场  ;\iQZ~   
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） ied<1[~S  
    - 系统参数 ruE.0VI@  
    - 制造条件 DDkO g]  
    +JQN=nTA  
     Za01z^  
    sk],_l<  
    7.设计过程 Jn:GqO  
    AMO{?:8Y;  
    ,%ajIs"Gi  
    %HSoQ?qA  
    !Sw7!h.ut  
    ul% q6=f)  
    }Rt<^oya*  
    设计和优化过程由两步完成： J\ 3~  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 }D|"$*  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 Fir7z nRW  
     6xj&Qo  
    8.系统模拟 =n#xnZ3  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 ="I]D I  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 s'K0C8'U  
    • 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。 ;#j/F]xG  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 ("9)=x*5  
    S:R%%cy  
     p6ZKyi  
    (oTx*GP>Y  
    9. 初始几何光学设计的结果 E&"bgwav{(  
    i@g6%V=  
    Kk/qd)nk  
    b8`O7@ar  
    fd)}I23Q'  
    感兴趣的优化函数 ;xj^*b  
    • 效率满足（>95%） |:EUh  
    • 信噪比不满足（<30db） X#Hs{J~@p  
    • 杂散光不满足（>5% $%!]tNGS  
     2j_L jY'7  
    z1YC%Y|R  
    ZB%7Sr0  
    p_mP'  
    10. 后续IFTA优化后的结果 cZHlW|$R  
           GadD*psD2  
    KWd]?e)  
    ,NVQ C=  
     EW YpYMkm  
    Pw+cpM 8<  
    感兴趣的优化函数 WMYvE\"  
    • 效率满足（>95%） 3:76x  
    • 信噪比满足（<30db） DuCq16'0T  
    • 杂散光满足（<5%） 1o.]"~0:  
    /)v X|qtIY  
    11.总结 RJSNniYr7  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 PY) 74sa  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 7@06x+!  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 `XI1,&Wp7  
    • 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。 RX#:27:  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 kkh#VGh"  
     
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