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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: 2023-03-23
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 D![Twlll  
    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。 E3qX$|.$/  
    cAS5&T<  
    2．模拟任务 j&9~OXYv  
    (Lp-3Xx  
    [B[J%?NS  
    DOE： _%]H}N Q  
    相位型衍射 x$E l7=.  
    光束整形器 -h}J%UV  
    直径：2mmx2mm '%,Re-8O  
    形状：圆形 +Muyp]_  
    相位级次：16     shB(kb{{  
    <~3 a aO  
    }|d:(*  
    3.建模任务：入射光场 @N$r'@  
    <|4j<U  
    !Zrvko  
    高斯准直激光光束的光束参数 fiZ8s=J  
    ,Xw/ t>  
    • 波长：632.8nm 19EU[eb  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm _rM%N+$&d_  
    6!$S1z#wM  
    5^k#fl2  
     >Et?7@   
    4.建模任务：期望输出光场 {:Q2Itsy  
    =Y BJ7.Y  
    1\2 m'o  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: km^AX:r1  
    I.>LG  
    • FWHM-直径：0.5mm (R, eWWF8~  
    • 边缘宽度：50um MG6Tk(3S  
    • 效率：>95% =P!Vi6[gF~  
    • 信噪比（SNR）：>30dB _C4^J  
    • 杂散光：<5% U;31}'b  
    \=@}(<4  
     +%yh@X6  
    kU /?#s  
    5.设计方案 \@xnC$dd/  
    (7IF5g\  
    m H?hzxa+  
    • 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）。 zR4huo  
    • 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）。 I4*N  
    Xk3Ufz]QN  
    IkvH8E  
      u32<=Q[  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 ]8^2(^3ct  
     yU\|dL  
    )sQbDA|p  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 FR <wp  
    • 用户必须输入所需的信息 #wo_  
    - 入射场 23>?3-q  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） s[g1e i9  
    - 系统参数 5Ql6?U HD  
    - 制造条件 yF:fxdpw  
    L/ZZe5I  
     DFiexOb  
    e D}Ga4  
    7.设计过程 f9$98SI  
    )*uI/E  
    Mk?9`?g.  
    #: F)A_Y  
    (*EN!-/  
    ~$cw]R58,9  
    <D=%5 5  
    设计和优化过程由两步完成： !>+ 0/   
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 HG^8&uh]  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 /v8qT'$^  
     !xlVyt5e  
    8.系统模拟 j04Q3d \f  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 C /E3NL8  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。  [W;14BD7  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 LP87X-qkjW  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 LC}]6  
    <sTa Xaq?  
     kN_LD-  
    koUH>J:  
    9. 初始几何光学设计的结果 G0^PnE0-  
    u]}Xq{ZN  
    6`yq4!&v  
    &@RU}DnvM&  
    7fVVU+y  
    感兴趣的优化函数 d ] [E;$  
    • 效率满足（>95%） K)k!`du!6  
    • 信噪比不满足（<30db） [)a,rrhj  
    • 杂散光不满足（>5% CN >q`[!  
     uIR_p \)  
    -uh/W=Q1R  
    gt ?&!S^  
    c{E-4PYbah  
    10. 后续IFTA优化后的结果 [Nq4<NK  
           \&cVcA g  
    ^!}lA9\gY  
    x&f?c=\F  
     |.,y M|  
     *Vc}W  
    感兴趣的优化函数 6q5V*sJ&  
    • 效率满足（>95%） > {:8c-\2}  
    • 信噪比满足（<30db） lmod8B  
    • 杂散光满足（<5%） J/mLB7^R  
    86I".R$d  
    11.总结 `0so)2ty+  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 TKmC/c  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 WgY3g1C  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 ='mqfGRi>  
    • 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。 s0\X%U("  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 ]\GGC]:\@  
     
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