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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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    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。 :_*Q IyW  
    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。 w3D_ c~  
    *2F }e4v  
    2．模拟任务 !4:,,!T  
    f'dI"o&^/d  
    6Y^o8R  
    DOE： 5>Q)8` @E  
    相位型衍射 X$f%Ss  
    光束整形器 }__+[-  
    直径：2mmx2mm J^4k}  
    形状：圆形 @AOiZOH  
    相位级次：16     HenJlo  
    !=:c8V  
    m@ YL Z  
    3.建模任务：入射光场 ~@JC1+  
    {W]jVh p  
    HV@:!zM  
    高斯准直激光光束的光束参数 30@ GFaab  
    >YLm]7v}  
    • 波长：632.8nm Cx[4 /~_<  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm }^muAr  
    Sls> OIc  
    Pp2 )P7  
     Npqbxb  
    4.建模任务：期望输出光场 VM[8w`  
    *rLs!/[Z_  
    x<(h9tB  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: /7^~*  
    s><co]  
    • FWHM-直径：0.5mm &^.'g{\Y  
    • 边缘宽度：50um zlfm})+G  
    • 效率：>95% 8{C3ijR  
    • 信噪比（SNR）：>30dB $4&Ql  
    • 杂散光：<5% q<VhP2R  
    |w DCIHzQ  
     ry'(m M  
    :&m(WZ \  
    5.设计方案 PO&`r r  
    scdT/|(U$  
    r`2& o  
    • 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）。 duI8^&|  
    • 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）。 . fIodk  
    |($pXVLH`  
    Q*he%@w  
     k;sUDmrO  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 YdFCYSiS  
     V;"'!dVX  
    ^|Y!NHYH$Z  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 c\Dv3bF  
    • 用户必须输入所需的信息 Z(L>~+%  
    - 入射场 ,O}zgf*H;  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） /y}  
    - 系统参数 d1-QkW^0y  
    - 制造条件 P1t5-q  
    r$KDNa$/a  
     /SiQw7yp%  
    yC[}gHv  
    7.设计过程 gnQd#`  
    9g7T~|P  
    gisZmu0  
    n#*cVB81  
    ?g'l/xuRe  
    yZ`\.GgC^&  
    r* U6govky  
    设计和优化过程由两步完成： jzQgD ed ]  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 "ggq7cJ}_  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 >_@J&vC  
     [(C lvGx  
    8.系统模拟 ?^dyQhb  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 4 QWHGh"  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 [lf[J&}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。 5q\]]LV>  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 DD1S]m  
    HkrNt/]  
     Q-\: u~  
    1peN@Yk2W  
    9. 初始几何光学设计的结果 )lZb=t  
    WDcjj1`l  
    fIu/*PFPVY  
    K$4Ky&89  
    ){v nmJJ%  
    感兴趣的优化函数 |K]tJi4fz  
    • 效率满足（>95%） R8HFyP  
    • 信噪比不满足（<30db） mz47lv1?  
    • 杂散光不满足（>5% ^Oo%`(D?  
     ` sSI;+  
    E11"uWk`  
    #}.db?[Rv  
    Yv>% 5`  
    10. 后续IFTA优化后的结果 7Xa Ri@uG  
           um/iK}O  
    zJPzI{-w|  
    !^y'G0  
     #jQITS7  
    SO|$X  
    感兴趣的优化函数 G3q\Z`|3h  
    • 效率满足（>95%） ,+ WDa%R  
    • 信噪比满足（<30db） 4oJ0,u  
    • 杂散光满足（<5%） ig6F!p  
    ]'hz+V31%  
    11.总结 JMXCyDy;  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 2TdcZ<k}J  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 .RdnJ&K*  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 <%! EI@N  
    • 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。 zhS\|tI  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 F8q|$[nH  
     
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