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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。 :#dE:L;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。 d%l{V6  
    dJ"iEb|4  
    2．模拟任务 %$%& m1Y  
    h-iJlm  
    +`3!I  
    DOE： Gt9&)/#  
    相位型衍射 9x,RvWTb  
    光束整形器 ^C2\`jLMY  
    直径：2mmx2mm [+O"<Ua  
    形状：圆形 \*=7#Vd  
    相位级次：16     ge]STSM0n7  
    y% :4b@<  
    '_|h6<.k[  
    3.建模任务：入射光场 gZ5[ C  
    >2#8B  
    cuOvN"nuNj  
    高斯准直激光光束的光束参数 (O0Urm  
    2^?:&1:  
    • 波长：632.8nm >X*Mio8P#  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm 4CGPO c  
    NcY608C  
    bWOS `5  
     N},n `Yl.  
    4.建模任务：期望输出光场 Jx'i2&hGN  
    /x3/Ubmz~x  
    i<pk6rO1  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: A*W) bZs.  
    KK@.~'d  
    • FWHM-直径：0.5mm *)+ut(x|#  
    • 边缘宽度：50um @)SL_9  
    • 效率：>95% OyqNLR  
    • 信噪比（SNR）：>30dB y8fsveX  
    • 杂散光：<5% fGmT_C0t  
    mrX^2SR  
     MDF%\Sx  
    bXS:x  
    5.设计方案 p !s}=wI `  
    CKA;.sh  
    :d ~|jS  
    • 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）。 %vBhLaE  
    • 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）。 4DTzSy:x  
    y-CX}B#j  
    N/GQt\tV<  
     $+7`Dy!  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 O:da-xWJ  
     (%`Q hH  
    ngGO0  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 jM\*A#Jo5  
    • 用户必须输入所需的信息 P6MRd/y |  
    - 入射场 IgC}&  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） ^B+!N;  
    - 系统参数 -,["c9'3  
    - 制造条件 j;+?HbL  
    SXt{k<|  
     =|=.>?t6Z0  
    n`4K4y%Dy}  
    7.设计过程 j) ,,"54*  
    F]9nB3:W  
    _D|^.)=U|  
    \Y{k7^G}A  
    Y6&wJ<   
     TT-h;'nJ  
    J!DF^fLe  
    设计和优化过程由两步完成： v(p mI b{  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 b"TjGE  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 (!:cen~|[  
     E#s)52z=B  
    8.系统模拟 >"Q@bQ:e  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 w4fW<ISg  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 u<n Lag  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 H)(:8~c,p  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 cCR+D.F  
    =w$}m_AM  
     n#iwb0-  
    ~(]0k.\  
    9. 初始几何光学设计的结果 hI(SOsKs  
    Q3"} Hl2  
    u!:z.RH8n  
    tlA"B{7  
    5[Pr|AY  
    感兴趣的优化函数 O-4C+?V  
    • 效率满足（>95%） KWWa&[ev)  
    • 信噪比不满足（<30db） *cO sv  
    • 杂散光不满足（>5% SI8%M=P>  
     mLL340c#\  
    _@R0x#p5M  
    n-TQ*&h]3S  
    ?)\a_ Tn  
    10. 后续IFTA优化后的结果 *FJZi Py  
           K!KMQr`  
    _ A 0w[n  
    J "FC%\|  
     [= |jZVhT  
    !`7B^RZ  
    感兴趣的优化函数 CXCpqcC  
    • 效率满足（>95%） $2%f 8&  
    • 信噪比满足（<30db） #h@J=Ki  
    • 杂散光满足（<5%） ,$eK-w  
    U#1bp}y  
    11.总结 c_" ~n|  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 X*L;.@xA  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 F!.E5<&7=  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 ^#0U  ?9  
    • 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。 HQ{JwW!m  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 "5A&_E }3  
     
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