摘要:这个案例分析了由衍射扩散器元件实现的单色准分子
激光光束的均匀化,最终生成一个圆形高帽。
"<ow;ciJF Yh_H$uW 1.建模任务 v'Ce|.; hLFf B3K!>lz 2.光源参数 #q`[(`Bx I Gv_s+O-*
<h|XB}s+ Q:eIq<erY 2
P+RfE`o
•
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
&B^#?vmO • 光源平面直径:100μm×100μm
K];nM}<
• 空间相干长度:3μm×3μm
4O_z|K_k| • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
_F>1b16:/P •
波长:351nm
:zfnp,Gv E0[!jZ:c 3. 衍射扩散器透过率函数 ~fw 6sY# ^@ s!"c \eF5* {9 一个衍射匀光元件,可以使用一个具有如下技术参数的衍射扩散器透过率函数来模拟:
B+S
&vV • Phase-Only元件
44FK%TmtF • 采样距离:5μm
jm&?;~>O • 大小:640μm×640μm
.z&V!2zp • 相位级:8
E9pKR+P • 生成的目标模式:圆形高帽
KK4>8zGR (q`Jef
\DBoe:0~ +*'
4. 光源的辐射特性 SjD, FP<RoA?W 3lH#+@ 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
Je_Hj9#M\d • 发散角
75i
M_e\ • 空间相干长度
k1Zu&4C\ • 或模式的腰束半径。
*bRer[7y `q* 0^}
&&$/>[0=. Ag}V>i' 5. 空间扩展光源建模 S!.aBAW u^a\02aV[ S_LY>k? • Gaussian Type Planar Source通过数个相同的横向偏移高斯模式,在光源的出射面以非相干的形式来模拟一个部分相干光源。
0h!2--Aur • 对于这个案例,最终使用了11x11个足够多的横向模式来模拟光源。
h`+Gs{1qw HRIf)n&~f
MK9?81xd 6.系统:光路图(LPD) yq+<pfaqvK • 在光源和扩散器元件之间,放置了一个
焦距为20mm的理想
透镜以用于光源的准直。
Ht+ng • 衍射扩散器元件由Stored (Transmission) Function(存储(透过率)函数)表示,在此设置所设计的衍射扩散器的数据。
)?~3fb6^ • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
#b\&Md|; ;y<)RM
;OQ-T+(T o_/C9[: 7. 存储透过率函数 +4\JY"oi
&RRggPx"k
l|O^yNS "BjQs<]%sF • 对于规律的量化相位透过率函数,可以用存储函数元件中的缩放因子来模拟可能产生的加工偏差。
^|xj. Dntcv|%u 8. 生成的谐波场集(光视图) d=WC1" ,'5P[- KIn^,d0H • 模拟结束后将返回一组谐波场集(HFS),其包含了目标平面上不同模式的电场复振幅分布。
% \N.m/5 • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
"F>-W\% <y'B
!d#
g3n^
<[E +EG.p 9. 生成的谐波场集(数据视图) d hiLv_/ u~<>jAy
%_u*5,w S1uW`zQ!+_ E#Ynn6 • 数据视图分别显示了每个模式。
0K>rc1dy • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
QNFA#`H • 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加,因此散斑会消失,并获得均匀化效果。
p`gg R*.XbkW~ 10.评估价值函数 I /3=~;u
~B>I?j
COv#dOw i051qpj 为了评估所获得的圆形平顶光束的质量,使用了两个可编程探测器来计算其参数:
JeMhiY} • 一致性误差和
w$A*|^w1 • 窗口效率
5{#9b^ 在定义区域内对高帽进行分析。
FU!U{qDI m#,
F%s 11.评估的不同区域 .
)Fn]x"<
,8o]XFOr
RTA9CR)JP4 l1jS2O( 12. 存储谐波场集 x)G/YUv76 yHQ.EZ~% IaE};8a8 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
b9EJLD 由于谐波场集可能包含上百种模式,那么数据量对RAM内存来说可能会太大。
E1 *\)q 对于这样的情况,VirtualLab Fusion允许用户或者进行一个标准的设置,或者明确指定一个确定的谐波场的数据存储位置(在RAM或者硬盘中)。
\yb^%$hZ0
]gTaTY
9rB^)eV ZT8. r0 13. 临时文件的存放位置 St|sUtj<r w|Zq5|[ <WaiJy? 基于模式的数量和每个模式采样点的数量,则要求大量的硬盘空间来存储单个谐波场集。
tt|U,o 可以通过File菜单→Global Options→Other 设置来改变存放临时文件的硬盘目录。
a&L8W4 建议硬盘空间超过100GB。
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rZGbU&ZM8 9<7Q { 14.结果 Z>QSZ48= <n }=zu
n$`Nx\ v HLYM(Pz 结果(左上图:单模;右上图:所有11×11模式)灰度图,根据线性强度探测器。
\Zoo9Wy
邻近的数值探测器结果。
q,u>`]} -rH4/Iby 15.模拟结果 fhH* R*4 2:p2u1Q
O
e-qr d 16.总结 nkJ*$cT1o • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
'U1r}.+b> • 通过使用许多不同的图形和数值评估,可以对一个均匀化
系统(如使用衍射扩散器)进行一个非常有效且有益的分析。