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。
umn~hb5O ^E?V+3mV 1.建模任务 7wEG<,D ^{+:w:g >u#VHaB 2.光源参数 < 3+&DV-<N DT]p14@t9
A
=#-u&l h9smviU7u Lj1 @yokB •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
!l~aRj-WZ • 光源平面直径:100μm×100μm
7?WBzo!!L • 空间相干长度:3μm×3μm
kxf=%<l • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
T FA •
波长:351nm
X35U!1Y\ 54DR .>O 3. 衍射扩散器透过率函数 zi[M{bm S&)
>w5*]U +7OT`e
%q 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:
7Cp_41._ • Phase-Only元件
IGV.0l • 采样距离:5μm
Afl'- • 大小:640μm×640μm
9+Hb` • 相位级:8
_%%"Y} • 生成的目标模式:圆形高帽
Z_WTMs:x! zW`koRH@
Bzt`9lg GQBN-Qv 4. 光源的辐射特性 p+D6Z'B Q31c@t u(`A?H: 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
C}EDl2 • 发散角
2,nCGSfc • 空间相干长度
M.^A` • 或模式的腰束半径。
)#Bfd(F s""8V_,;
rM.<Gi05Qe %"fKZ 5. 空间扩展光源建模 m6<0 hP Q8:ocEhR eakIK+-21y • 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。
wcT6d?*5 • 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。
<t@*[Aw N0hU~| /
#;]F:TlR 6.系统:光路图(LPD) ^C|9K>M • 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。
;>Qd )' • 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。
3mz>Y*^?0 • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
YcZ4y@6" 1\{F.v
RyD$4jk+T" P?7b,a95O 7. 存储透过率函数 +N_%|!F-c
H;&t"Ql.
e1Hx"7ew_ 1R9/AP • 对于规律的量化相位透过率函数,可以用存储函数元件中的缩放因子来模拟可能产生的加工偏差。
E=trJge !2I wuru 8. 生成的谐波场集(光视图) @'4D9A 3s`3}DKK S`KCVQ>V • 模拟结束后将返回一组谐波场集(HFS),其包含了目标平面上不同模式的电场复振幅分布。
Jj:4@p: • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
j-|0&X1C X\RTHlw']
B[V=l<J x0GZ2*vfsb 9. 生成的谐波场集(数据视图) J)NpG9iN s'4p+eJ
V1;-5L75 >FNt*tX<0 cf!R • 数据视图分别显示了每个模式。
4*W7{MPY • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
ztpb/9J9 • 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加,因此散斑会消失,并获得均匀化效果。
iKY&gnu" `I$A;OPK7 10.评估价值函数 gK#w$s50
(5_(s`q.
~!kbB4`WK 9Z
4R!Q 为了评估所获得的圆形平顶光束的质量,使用了两个可编程探测器来计算其参数:
k>`X!
" • 一致性误差和
sA.yb,Fw • 窗口效率
Km-B=6*QY 在定义区域内对高帽进行分析。
6B{Awm@v}X p.|;
k%c7 11.评估的不同区域 m
Y0C7i
UtrbkuT
FoQk vxx3^;4p 12. 存储谐波场集 =
xk@ Q7$ wBET.l'd y[rLk 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
_T$\$v$ { 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。
k~ue^^r} 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)。
%Z4=3?5B"9 < r~Tj
!Ao?bs' !TFVBK 13. 临时文件的存放位置 kn\>ZgU (tv h9o r "R\ 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。
x7?{*w&r 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。
e)kf;Hkf 建议硬盘空间超过100GB。
Eqc$*= Y<v55m-
=F4} |sh U 14.结果 %Y TIS*+0 '\Ub*m((1O
85mQHZ8aR $BY{:#a] 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。
Kf.b
<wP{ 邻近的数值探测器结果。
j*{bM{~T< p* @L1 15.模拟结果 $u :=lA:N zBbTj IFQ
LHb{9x 16.总结 D }\`5L< • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
hd\#Vh(H • 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。