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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: 2024-10-31
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 LsMq&a-j2  
    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。 h}m9L!+n8  
    aJs! bx>K  
    2．模拟任务 vvG*DGL)qL  
    Yv{$XI7  
    'OhGSs|  
    DOE： >^@~}]L  
    相位型衍射 !a%_A^t7  
    光束整形器 lH,/N4 r*&  
    直径：2mmx2mm bI;u};v  
    形状：圆形 gZz5P>^  
    相位级次：16     T%PUV \LV  
    ncR]@8  
    /I`-  
    3.建模任务：入射光场 >#;>6q9_  
    K9RRY,JB  
    dHn,;Vv^6  
    高斯准直激光光束的光束参数 M;.:YkrUH  
    JVx-4?  
    • 波长：632.8nm xiC.M6/  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm 0)vX  
    )h%tEY$AJ  
    5cr\ JR  
     &x4|!" G  
    4.建模任务：期望输出光场 >ISBK[=H  
    5G#2#Al(F  
    %x^U3"7  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: g`=Z%{z%  
    c`)[-  
    • FWHM-直径：0.5mm 8(:O5#  
    • 边缘宽度：50um ]PH'G>x  
    • 效率：>95% ge&!GO  
    • 信噪比（SNR）：>30dB -zm-|6[Wi  
    • 杂散光：<5% ^"J)^3j<  
    N/B-u)?\:  
     Cj6$W5I m  
    AHP;N6Y6  
    5.设计方案 #/>OW2Ny  
    {k<mN Y  
    Y)C!N$=@Q  
    • 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）。 q+ 9c81b  
    • 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）。 $r(9'm}W  
    7}fT7tsN  
    S1*xM  
     u5P2*  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 E^Z?X2Z  
     F*,RDM'M  
    @ql S #(  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 E$5A 1  
    • 用户必须输入所需的信息 E*UE?4FSw|  
    - 入射场 H')8p;~{}  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） =i Wn T  
    - 系统参数 ;<K#h9#*7  
    - 制造条件 oMb@)7  
    WP? AQD  
     P?`a{sl.  
    =zwn3L8fL  
    7.设计过程 TDW\n  
     bR83N  
    ^" UZ.@sq'  
    /V E|FTs  
    qL!pDZk  
    +)e+$ l  
    ~:"//%M3l  
    设计和优化过程由两步完成： 6F3FcUL  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 j:'8yFi_  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 *skmTioj&  
     0{.[#!CSk  
    8.系统模拟 Ou2p^:C(  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 "VQ7Y`,+  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 8/ PS#dM\  
    • 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。 e6I7N?j  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 h9l 6AnbJ  
    )8JM.:,  
     '0jn|9l58  
    /n8\^4{fP{  
    9. 初始几何光学设计的结果 ECvTmU'=  
    AP/#?   
    V*F |Yo:  
    KWi P`h8  
    qPgny/(  
    感兴趣的优化函数 Ws:MbZyr  
    • 效率满足（>95%） 6[& x7"  
    • 信噪比不满足（<30db） 4)E$. F^   
    • 杂散光不满足（>5% 9 kLA57  
     MW|:'D`  
    )PjU=@$lI  
    Q-y`IPtA<  
    J42/S [Rt  
    10. 后续IFTA优化后的结果 L}pj+xB  
           {Z^q?~zC[  
    \MB$Cwc  
    `]wk)50BVp  
     UKp^TW1^  
    ?=V;5H.  
    感兴趣的优化函数 kJ.0|l0  
    • 效率满足（>95%） ]q3.^F  
    • 信噪比满足（<30db） V ^hR%*i'  
    • 杂散光满足（<5%） @ x5LrQ_`r  
    &/-}`hIAT  
    11.总结 L=V.@?  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 Jqz K5)  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 ibh,d.*~g  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 zAH6SaI$  
    • 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。 .g!K| c  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 b>L?0p$ej  
     
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