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。
F"VNz^6laV rA&|!1q"B 1.建模任务 9kL'"0c -fuSCj a \B<(R. 2.光源参数 G+
PBV%gE[ !YSAQi ;I
~F^=7oq -}@3,G 048BQ •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
GrjL9+|x • 光源平面直径:100μm×100μm
L.>tJ.ID • 空间相干长度:3μm×3μm
pa Uh+"y> • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
Q*Per;%J •
波长:351nm
23@e?A=C DtG><g}[] 3. 衍射扩散器透过率函数 T!eeMsI Kf2*|ZHj <Rob.x3 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:
:q S=_!1 • Phase-Only元件
*5 ]fjh{ • 采样距离:5μm
0DhF3] • 大小:640μm×640μm
+Tc<|-qQn • 相位级:8
V;mKJ.d${ • 生成的目标模式:圆形高帽
l;}D| 6+_W n
c:^)G
RxU6.5N sguE{!BO 4. 光源的辐射特性 FYR%>Em KG6ki_ B2:6=8< 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
>
nY<J • 发散角
GiJ|5" • 空间相干长度
Xg?hh 0s • 或模式的腰束半径。
dN\Byl(6 Brr{iBz*"
o1YX^-<[F {\jh?P| 5. 空间扩展光源建模 "pdmz+k8S ~V[pu gN$.2+: • 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。
|`_qmk[:R • 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。
&0SX*KyI z8{ kwz
8hba3L_Z 6.系统:光路图(LPD) zvYkWaa_Qz • 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。
xCFk1%qf • 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。
))|Wm} • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
y[Zl ,v7 9KRHo%m
XWV) I8@NQ=UV0 7. 存储透过率函数 U(3+*'8r,1
I=6\z^:
U:m[*
}+< T^g2N`w2 • 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。
j9u/R01d WM5s 8. 生成的谐波场集(光视图) (f^WC, asb-syqU JO\Tf."a \ • 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。
oGx OJyD • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
`G&W%CHB ]+;1)
.^j#gE&B *gfx'$ 9. 生成的谐波场集(数据视图) <DP_`[+C #Mw|h^Wm
>B/ jTn5= }UJS*mR Vd~{SS2> • 数据视图分别显示了每个模式。
S`gUSYS"w • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
{%5k1,/( • 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。
F%@(
$f hX?L/yf 10.评估价值函数 Q1 ?O~ao
dOh'9kk3
l4?o0;:) ?9xaBWf 为了评估所获得的圆形平顶光束的质量,使用了两个可编程探测器来计算其参数:
X5 UcemO • 一致性误差和
4zs1BiMG • 窗口效率
Q1J./C} 在定义区域内对高帽进行分析。
["|AD,$% q+f]E&': 11.评估的不同区域 Fj}|uiOQUS
WV}<6r$e
QLrFAV P3V=DOG" 12. 存储谐波场集 _Qg^>}]A1 c;c'E&9P] &QO~p3M 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
yep`~``_ 由于谐波场集可能包含上百种模式,那么数据量对RAM内存来说可能会太大。
s8Kf$E^?e. 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)。
rU<NHFGj4 2:'C|
wU,{5 w k<RJSK8 13. 临时文件的存放位置 ~6m-2-14q sKYb&2wJ y>wrm:b-O 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。
>ch{u{i6 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。
7^,C=2
建议硬盘空间超过100GB。
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yL/EIN Jv1igA21_h 14.结果 ''Fy]CwH( (,1}P
cnr&%- TJFxo?
gC" 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。
Y,EReamp 邻近的数值探测器结果。
{|?OKCG{ #k2&2W=x 15.模拟结果 %}jwuNGA vRa|lGeW
_"n1"%Ns 16.总结 aiVd^( • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
#~?Q?" • 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。