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。
UOh%"h =^ 1.建模任务 |cKo#nfzZ x%<oeM3U *2wFLh 2.光源参数 5~ho1Ud R Ptc \4
`yiw<9yp2 gzdR|IBa -n.ltgW@ •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
~%)ug3%e • 光源平面直径:100μm×100μm
@nIoYT=' • 空间相干长度:3μm×3μm
Ci{,e% • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
\jlem <& •
波长:351nm
!8'mIXZ$ `+Ko{rf+9 3. 衍射扩散器透过率函数 ean_/E wLX:~]<xl )L^GGy8w 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:
=Yd{PZ*fR • Phase-Only元件
kTJz . • 采样距离:5μm
df@r2 /Y • 大小:640μm×640μm
|/Q7 o1i • 相位级:8
0xv@l^B • 生成的目标模式:圆形高帽
7;]n+QRfm P[E:=p
J-Xw}|>@ ji'NR 4. 光源的辐射特性 Z+# =]Kw) UvR F\x% x+1Cs$E; 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
TV^m1uC • 发散角
0[ (Z48 • 空间相干长度
kH&KE5 • 或模式的腰束半径。
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pLF# .rfKItd
/E(319u_ k5 s8s@ 5. 空间扩展光源建模 R<"fcsU "Q{)H8,E)x -)='htiU • 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。
}F v:g! • 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。
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` =1/d>kke
8oAr<:.= 6.系统:光路图(LPD) W Z!?O0.A • 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。
>gQJ6q • 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。
<oJM||ZA • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
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e7T}*Up `>.^/SGu>? 7. 存储透过率函数 A"yiXc-N~\
Wc6Jgpl
%Y0,ww2 k/U1
: 9 • 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。
y;'yob UG@9X/l} 8. 生成的谐波场集(光视图) }8joltf 8XS_I{}? CxvL!ew • 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。
@e`%' • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
A }(V2 &?(<6v7
%MA o<,ha :TPT]q
d@ 9. 生成的谐波场集(数据视图) ]$4DhB %A]?5J)Bi
t[dOWgHi @ PboT1 Z}b25) • 数据视图分别显示了每个模式。
{ :^;byd • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
0.MD_s0)> • 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加,因此散斑会消失,并获得均匀化效果。
O)2==_f\ ,b b/
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10.评估价值函数 xOKLc!J
Wqy\yS [
PG51+# }fS`jq; 为了评估所获得的圆形平顶光束的质量,使用了两个可编程探测器来计算其参数:
4@qHS0$ • 一致性误差和
e1Ne{zg~ • 窗口效率
:!'!V>#g 在定义区域内对高帽进行分析。
ZqONK^ Bv=
11.评估的不同区域 '<$!?="
h?8I`Z)h
Lm!/iseGv x>C_O\ 12. 存储谐波场集 `rWT^E@p5m >TKl`O 5 R* 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
k}0Y&cT!rU 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。
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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)。
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spX*e1 6_&uYA<8pE 13. 临时文件的存放位置 >.xgo6 Y<ZaW{% 1M={8}3 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。
&E/0jxM1 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。
d~|/LR5 建议硬盘空间超过100GB。
X2[d15!9 o/J2BZ<_<
$2kZM4 (#)-IdXXO< 14.结果
|/YwMBi ='[J.
\]Nt-3|`0 ~MpcVI_K 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。
3g{T+c* 邻近的数值探测器结果。
(O(X k+L ((AsZ$[S 15.模拟结果 rGqT[~{t 17C"@1n-
-(;<Q_'s{" 16.总结 ES>iM)M • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
_u]S/X- • 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。