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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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    离线infotek
    科学家
     
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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。 {hO`6mr&t  
    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。 5ZAb]F90  
    O8N[Jl  
    2．模拟任务 ~H}en6Rc  
    d= ]U_+  
    ]> Y/r-!  
    DOE： BXUF^Hj%  
    相位型衍射 w h$jr{  
    光束整形器 ,goBq3[%?  
    直径：2mmx2mm I}Xg &-L  
    形状：圆形 h.whjiCFa  
    相位级次：16     mi2o1"Jd$`  
    ".~{:=  
    ~L+]n0*  
    3.建模任务：入射光场 C6& ( c  
    7XyOB+aQO  
    cUDgM  
    高斯准直激光光束的光束参数 aP>37s  
    G(1 K9{i$  
    • 波长：632.8nm (w2= 2$  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm 9''p[V.3  
    u&TdWZe  
    3An(jt$%Q  
     9F+P@Kp  
    4.建模任务：期望输出光场 e"+dTq8W  
    1ZKzumF  
    q3'o|pp  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: / axTh  
    O(OmGu4%  
    • FWHM-直径：0.5mm +EASAq  
    • 边缘宽度：50um 8t .dPy<  
    • 效率：>95% Ws49ImCB  
    • 信噪比（SNR）：>30dB DPJh5d  
    • 杂散光：<5% xKJ>gr"w#  
    a`Z{ xme =  
     g<[rH%\6fg  
    :LV.G0)#  
    5.设计方案 T0FZ7  
    "~p+0Xws9  
    hr U :Wr  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 FUaNiAr[  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 z*.v_Mx  
    a%~yol0wO7  
    Z%v6xP.  
     Gidkt;lj  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 A'"-m)1P  
     E5B8 Z?$a  
    & QY#3yj=  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 c)1=U_61  
    • 用户必须输入所需的信息 If}lJ6jZ  
    - 入射场 '>^Xqn  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） d~[UXQC  
    - 系统参数 _9h.Gt  
    - 制造条件 :z~!p~  
    gEKO128  
     6D9o08  
    ~Ob8i1S>  
    7.设计过程 z Z%/W)t  
    ,z66bnjO  
    5a$$95oL  
    IH3FK!>6  
    V<$*Y>;  
    Y(GW0\<  
    VC=6uB  
    设计和优化过程由两步完成： <PD|_nZT  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 q$^<zY  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 uiK:*[  
     Jn,w)Els  
    8.系统模拟 {aJz. `u\  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 %vc'{`P  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 nO@+s F  
    • 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。 slSR=XOG  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 *tAqt2{48  
    p}8ratmN  
     y#r\b6  
    NS 5 49S  
    9. 初始几何光学设计的结果 |Qu_E  
    l\U*sro<  
    n1)'cS5}  
    Y:%"K  
    T{~MiC6A  
    感兴趣的优化函数 ?zE<  
    • 效率满足（>95%） .jum "va%  
    • 信噪比不满足（<30db） 4JK@<GBK6  
    • 杂散光不满足（>5% !47A$sQ  
     u-M] A z-  
    v|To+ P6b  
    U$EM.ot  
    D JJZJ}7  
    10. 后续IFTA优化后的结果 XbXgU#%  
           n8?KSQy$  
    >%i9oI<)  
    eU"mG3 __  
     />!!ch  
    n% U9iwJ.  
    感兴趣的优化函数 d5q4'6o,  
    • 效率满足（>95%） _6J<YQK  
    • 信噪比满足（<30db） KPg[-d  
    • 杂散光满足（<5%） ;<VR2U`  
    bN4d:0Y  
    11.总结 Wb'*lT0=  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 m^c%]5$  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 }*OD M6  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 &{hc   
    • 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。 Bx%=EN5.  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 Cd9t{pQD4  
     
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