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。
*2"bG1` mV**9-" 1.建模任务 `u p-m=zA s.p1L _Qm7x>NT4 2.光源参数 `uNvFlP $K6?(x_
1C}pv{0:& X]zCTY=l MAwC\7n+X •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
cwM#X;FGq
• 光源平面直径:100μm×100μm
xJ=ZQ)&] • 空间相干长度:3μm×3μm
=qV4Sje|q • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
Cz=A{<^g •
波长:351nm
XQ0#0<
"o^bN 9= 3. 衍射扩散器透过率函数 I8<Il^ 0okO+QU,a ,u?wYW; 一个衍射匀光元件,可以使用一个具有如下技术参数的衍射扩散器透过率函数来模拟:
u@=+#q~/P • Phase-Only元件
u|m[(-` • 采样距离:5μm
S{^6iR • 大小:640μm×640μm
Nl=m'4@` • 相位级:8
RI[7M ( • 生成的目标模式:圆形高帽
q9>Ls-k xUiWiOihr6
&jXca| wAR 2A*X Hvwb 4. 光源的辐射特性
^MWEfPt m0xJ05Zx aW`:)y&f 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
?o(ZTlT • 发散角
pgz:F#> • 空间相干长度
w|!YoMk+o • 或模式的腰束半径。
b"ol\&1
#
P[Y{LKAbb
iwG>]:K3 86;+r'3p. 5. 空间扩展光源建模 u"`5 N`,7 FI} =F'l's^j • Gaussian Type Planar Source通过数个相同的横向偏移高斯模式,在光源的出射面以非相干的形式来模拟一个部分相干光源。
bc3|;O • 对于这个案例,最终使用了11x11个足够多的横向模式来模拟光源。
fs2mN1 H$NP1^5!
HpB!a,R6B 6.系统:光路图(LPD) m!HC -[< • 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。
yPf?"W • 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。
pchQ#GU • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
2x7(}+eD \]Y\P~n
4)3g!o? o/tVcv 7. 存储透过率函数 h|J;6Sm@
{ c v;w
K(-G: | r+imn&FK8 • 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。
x2
w8zT6M <MPeh&_3# 8. 生成的谐波场集(光视图) ,bB( 24LD lTa1pp
Zw R(M}0JRm • 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。
Hnfvo*6d.e • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
Ivz+Jjw GwgFi@itN
Jz~+J*r;]A ;V|M3 9. 生成的谐波场集(数据视图) Jy]FrSm^ <'r0r/0g?
GLo\q:5A B1|?RfCe ?cqicN.+6 • 数据视图分别显示了每个模式。
AyE%0KmraK • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
?"()>PJx • 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。
^dFhg_GhF _L$)2sl1R 10.评估价值函数 x7vq?fP0n
Lf5%M|o.)
1Z\(:ab13 +n@f'a"> 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:
x^zdTMNhw • 一致性误差和
Bs_S.JP<` • 窗口效率
t[%x}0FP-F 在定义区域内对高帽进行分析。
"4'kb '
be P 11.评估的不同区域 x$~3$E
&J\B\`
#0}Ok98P CT|z[^ 12. 存储谐波场集 6,B-:{{e" 2>\b: H":/Ckok 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
Bk&-1>cY 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。
BqQ] x'AF 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)。
ZH\0=l) %_>Tcm=
xC<R:"Mn [ }{w 13. 临时文件的存放位置 @XeEpDn] I%SuT7"Do PoJmW^:} 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。
`+oV/:Q3 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。
JRD8Lz]Q3 建议硬盘空间超过100GB。
z9^c]U U)E $+7 ci~gs
D`en%Lf!m f(!E!\&n^ 14.结果 p Z"o@';! a|U}Ammr
y7>iz6N 3Hs$]nQ_X 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。
oBb?"2 ~9 邻近的数值探测器结果。
t
@;WgIp(& " <qEXX 15.模拟结果 itw{;j j]>=1Rd0b(
JwjI{,jY 16.总结 e]>/H8 • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
,`yyR:F • 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。