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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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    光券
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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。 p~ HW5\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。 D%6;^^WyUx  
    h.O$]:N  
    2．模拟任务 ,C%eBna4Iq  
    26T"XW'_  
    9$`lIy@B  
    DOE： +)o}c"P!  
    相位型衍射 J Ro?s~Ih  
    光束整形器 >SPh2[f  
    直径：2mmx2mm 9z)5Mdf1j  
    形状：圆形 E|'h]NY  
    相位级次：16     J+d1&Tw&  
    {ZY+L;eg1  
    L_=3<n E  
    3.建模任务：入射光场 oy<WsbnS  
    E4 m`  
    u#}[ZoI  
    高斯准直激光光束的光束参数 }!IL]0 q  
    ,^#yo6-  
    • 波长：632.8nm ,U(1NK8o  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm "Ph^BU Ab  
    3Zi@A4Wu  
    23 ~ Sjr  
     @E:,lA  
    4.建模任务：期望输出光场 xhcK~5C  
    sc,Xw:YO  
    _h}kp\sps  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: M|:UwqV>  
    |4'Y/re  
    • FWHM-直径：0.5mm [l,Ei?  
    • 边缘宽度：50um GnvL'ESa@M  
    • 效率：>95% As>_J=8} 3  
    • 信噪比（SNR）：>30dB w^t/9Nasi  
    • 杂散光：<5% D_vbSF)  
    yn#X;ja-  
     h: 9Zt0,  
    s6>ZREf#J  
    5.设计方案 u*hSj)vr1  
    K4kMM*D  
    5LOo8xN  
    • 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）。 IIbYfPiO  
    • 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）。 YpqrZWvh  
    -Z's@'*  
    thhwN A  
     -\C!I  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 jYKor7KTqT  
     1YH+d0UGn  
    <i,U )Tt^C  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 "s{5O>  
    • 用户必须输入所需的信息 BqT y~{)+  
    - 入射场 N0r16# -g  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） I1X-s  
    - 系统参数 >rf'-X4n  
    - 制造条件 OLE[UXD-E  
    "men  
     ]UmFhBR-  
    ' ET~  
    7.设计过程 MjU6/pO}L  
    9g mW&{6q  
    >G%o,9i  
    c I4K+  
    \ZkA>oO".  
    BBev<  
    maNl^i  
    设计和优化过程由两步完成： 1]p ZrBh"E  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 aJ>65RJ^=  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 jEZMUqGY!  
     GaK-t*Q  
    8.系统模拟 h%uZYsK  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 `9BROZnq  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 ;'cN<x)% |  
    • 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。 9J2NH|]c  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 rp ;b" q  
     z62;cv  
     0E3[N:s  
    vwxXgk  
    9. 初始几何光学设计的结果 $adbCY \  
    md"!33 @  
    a m|F?|1  
    JPoN&BTCj  
    SMpH._VFeE  
    感兴趣的优化函数 v]B3m  
    • 效率满足（>95%） A\HxDIU  
    • 信噪比不满足（<30db） +nJgl8'^y  
    • 杂散光不满足（>5% |Uc_G13Y{D  
     YTUZoW2  
    $\X[@E S0  
    ,g2ij  
    2#c<\s|C  
    10. 后续IFTA优化后的结果 ^c9t'V`IWQ  
           ur:3W6ZKl  
    |#]@Z)xa  
    x-^`~ p  
     JvVWG'Z"  
    3h$6t7=C  
    感兴趣的优化函数 .y!<t}  
    • 效率满足（>95%） 1;Ou7T9w  
    • 信噪比满足（<30db） tMf}   
    • 杂散光满足（<5%） Vf] "L .G  
    Y 0d<~*  
    11.总结 '"SEw w  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 x!5'`A!W%  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 ]:XoRyIZ1[  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 {zQ8)$CQ  
    • 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。 M l Jo`d  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 Egg=yF>T  
     
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