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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。 T&'LQZM8  
    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。 YRQ?:a{H  
    m-]F]c=)w<  
    2．模拟任务 gO#%*  W  
    o:`^1  
    pgPm0+N  
    DOE： 7()5\ae@q'  
    相位型衍射 gts09{"}Y  
    光束整形器 Ml6}47n  
    直径：2mmx2mm Q w)U  
    形状：圆形 ? (M$r\\  
    相位级次：16     Y>x3`f]  
    oiOu169]  
    ^%O$7*  
    3.建模任务：入射光场 q);oO\<  
    jT`u!CwdT  
    *onVG5<  
    高斯准直激光光束的光束参数 hPuF:iiQ4  
    ']N\y6=fn9  
    • 波长：632.8nm |Xmzq X%  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm `yh][gqVE~  
    <5zr|BTF]F  
    2V*;=cv~z  
     5b->pc  
    4.建模任务：期望输出光场 9Y?``QBN  
    'p)DJUwt  
    {LT2^gy=  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: 2 ,krVb?<  
    >sQf{uL  
    • FWHM-直径：0.5mm qe/5'dw  
    • 边缘宽度：50um N'0nt]&a  
    • 效率：>95% N{<5)L~Y  
    • 信噪比（SNR）：>30dB Y.kc,~vYL  
    • 杂散光：<5% G=l:v  
    4#W*f3d[@:  
     %qEp{itq  
    (dh9aR_a  
    5.设计方案 2fXwJG'  
    bI8')a  
    BZIU@^Q_Y[  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 0^)~p{Zh  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 OW#G{#.6R  
    _-2;!L#/  
    H9Vn(A8&`  
     Mm!;+bM%  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 h@J3+u<  
     I8|"h8\  
    wbI1~/  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 }GHC u  
    • 用户必须输入所需的信息 HkY#i;%N  
    - 入射场 / S@iF  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） ,; Uf>8~  
    - 系统参数 5g.K yj|  
    - 制造条件 k1SD{BL  
    _Ud!tK*H  
     ?1r<`o3l\  
    ) )t]5Ys%;  
    7.设计过程 M!X^2  
    OGO\u#  
    ?Ss~!38  
    :ciD!Ly  
    i~)EU F  
    1$^r@rP  
    uo(LZUjPbN  
    设计和优化过程由两步完成： 7~;)N$d\  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 wOLV?Vk  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 L-zU%`1{M  
     ]f}(i D  
    8.系统模拟 n/e,jw  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 9W-1P}e,  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 (W}DMcuSd  
    • 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。 ?}= $zN  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 N#@v`S  
    N^AlhR^  
     ;|W:,a{kS  
    -$49l  
    9. 初始几何光学设计的结果 ;=1[D  
    0g; o6Fg  
    4N= gl(  
    JB=L{P J  
    s(e1kk}"  
    感兴趣的优化函数 wWSE[S$V  
    • 效率满足（>95%） SR_ -wD  
    • 信噪比不满足（<30db） {,?Gj@$  
    • 杂散光不满足（>5% O}j@+p%M  
     Bwu?DK  
    JY,oXA6O  
    0k4XVd+Nv  
    +}Mm5^6*  
    10. 后续IFTA优化后的结果 B?Rkz  
           B\qy:nr j  
    nc1?c1s,f  
    <fA}_BH%]  
     3+q-yP#X  
    jhBfy|Ftu  
    感兴趣的优化函数 if3z Fh  
    • 效率满足（>95%） Om_ "X6  
    • 信噪比满足（<30db） L3 KJ~LI  
    • 杂散光满足（<5%） ] mK{E~Zll  
    K<%8.mZ7  
    11.总结 Kaaz,C.$^  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 LabI5+g  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 l.Z+.<@  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 d/awQXKe7  
    • 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。 oel?we6  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 ]24]id  
     
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