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。
wsKOafrV + L\Dh.Ir 1.建模任务 ^ g'P
H{68 h5o6G1ur H2jF=U"= 2.光源参数 .),Fdrg rq#\x{l
!MyCxM6 JBI> D1`" [mcER4]} •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
Leu93f2 • 光源平面直径:100μm×100μm
^KF%Z2:$ • 空间相干长度:3μm×3μm
mgd)wZNV • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
<WiyM[ep •
波长:351nm
S'_2o?fs Z?f-_NHg 3. 衍射扩散器透过率函数 u2E}DhV HhZ>/5'( FyhLMW3 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:
4[lym,8C • Phase-Only元件
;%Zu[G`C • 采样距离:5μm
iw{rns • 大小:640μm×640μm
yog( • 相位级:8
6n?0MMtR • 生成的目标模式:圆形高帽
["H2H rI2 xFScj0Y
c }7gHud wBlo2WY 4. 光源的辐射特性 rqWD#FB=z @@3%lr71
X/f?=U 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
mhgvN-? "h • 发散角
AsfmH-4) • 空间相干长度
_[pbfua • 或模式的腰束半径。
TtWWq5X| B%I<6E[D
B'-n
^'; r'<!wp@ 5. 空间扩展光源建模 S[e> 8 -4v2] #G]g • 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。
?&JKq^9\I • 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。
X?$"dqA sZ>0*S
\'6%Ld5km 6.系统:光路图(LPD) IP!`;?T= • 在光源和扩散器元件之间,放置了一个
焦距为20mm的理想
透镜以用于光源的准直。
]64pb;w"$D • 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。
Xd@ d$ • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
l@ 5kw]6 ckkm}|&m
,R}9n@JI^Y 6J<R;g23R] 7. 存储透过率函数 gn:&akg
8^puC
W+i&!' R9-Uoc/ • 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。
#'5{
?Cb b"y4-KV 8. 生成的谐波场集(光视图) ig ^x%!; "XLFw;o K2gF;( • 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。
hO2W!68 • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
hf:\^w =@P]eK/
6eQa@[.Q g*;zVi 9. 生成的谐波场集(数据视图) bAEwjZ P@0J!
z:;yx nP0rg ~{ucr#]C • 数据视图分别显示了每个模式。
@!*I
mNMI • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
Z3f}'vr • 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。
ZU;nXqjc [$@EQ]tt/ 10.评估价值函数 GO3KKuQ=
$lg{J$
h8
)
D5JA` V6&6I 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:
U
U3o (Yq • 一致性误差和
_q}^#- • 窗口效率
yeLd,M/I 在定义区域内对高帽进行分析。
EUbyQL mZ g' 11.评估的不同区域 Lb~'
I=9D
825 QS`
a>&dAo} 2>g!+p Ox 12. 存储谐波场集 s=Xg6 D %zN~%mJG Q"K`~QF" 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
;P^}2i[q>[ 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。
0*]ZC'pm 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)。
N7!(4|14 _e "
l)f 2T@bHl /k KVIlO 13. 临时文件的存放位置 .ZupsS9l +&.39q! x_- SAyH 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。
Qp-P[Tc 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。
2BO"mc<#$ 建议硬盘空间超过100GB。
,L; y>::1 7 iQa)8,
v7<r-<I[ WH<\f|xR 14.结果 F1/BtGvQE y24/lc
>6|Xvtf FAq9G-\B 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。
>gDKkeLD 邻近的数值探测器结果。
(d['f]S+& !.7m4mKzo 15.模拟结果 Jm 1n|f >vDi,qmZ
_Nf%x1m5s 16.总结 =WK's8FB;8 • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
Sc:)H2k`$ • 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。