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。
^f1}:g 66%kq[ 1.建模任务 _W*3FH Fk
1M5Dm *-Y|qS% 2.光源参数 s 4}}MV3X t9x.O
(85F1"Jp Rm *"SG +;z4.C{gM •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
'89D62\89 • 光源平面直径:100μm×100μm
Oy[t}*Ik • 空间相干长度:3μm×3μm
+3t(kQ • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
z0Gh |N@) •
波长:351nm
GI7CZ 'F[Q E9]* 3. 衍射扩散器透过率函数 &ze'V
, : Z!|nc. w];t ]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:
L1"X`Pz[} • Phase-Only元件
D9c8#k9Y. • 采样距离:5μm
WohK,<Or • 大小:640μm×640μm
)WEyB~'o • 相位级:8
JCaT^KLz • 生成的目标模式:圆形高帽
S3j/(BG Khw!+!(H
&2#x(v P/Sv^d5=e 4. 光源的辐射特性 G m<t2Csn F=^vu7rf 8X*6i-j5E 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
OBN]bvCJ • 发散角
1/w['d4l! • 空间相干长度
o&LNtl; • 或模式的腰束半径。
S)$ES6]9/ |TEf? <"c
m=NX;t )n|:9hc 5. 空间扩展光源建模 rMf& HX 3r^i>r8B rmR7^Ycv/ • 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。
$o1Gxz • 对于这个案例,最终使用了11x11个足够多的横向模式来模拟光源。
r"U$udwjg Fv5@-&y$W
@ZK|k 6.系统:光路图(LPD) g4j?E{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。
}QG6KJh_% • 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。
a*S4rq@ • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
WGVvBX7# ga~rllm;i
&Cdk%@Tj]B ]eP&r?B 7. 存储透过率函数 S4`uNB#Ht
LfrS:g
$N5}N\C:a M.!U;U<? • 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。
+<AX
0( {Sd{|R_ 8. 生成的谐波场集(光视图) H-0A&oG ;9 XM
s) OES+BXGX • 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。
nvsuF)%9hZ • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
QSEf MBDu0
[c
z+NXD4 ~ N_\V 9. 生成的谐波场集(数据视图) $0sUh]7y HRje4=:
xQ7>u-^ pz@_%IUS SAc}5. • 数据视图分别显示了每个模式。
4 K{4=uU • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
B]InOlc47 • 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加,因此散斑会消失,并获得均匀化效果。
p^7ZFUP US0)^TKrj 10.评估价值函数 vXRfsv y
do7 [Nj
44mYs`] VL&E2^*E 为了评估所获得的圆形平顶光束的质量,使用了两个可编程探测器来计算其参数:
N
0&h5 • 一致性误差和
R.*KaCA • 窗口效率
u0#q)L8 在定义区域内对高帽进行分析。
l)HF4#Bs KE&Y~y8O\ 11.评估的不同区域 n4qj"xQ
6}n>Nb;L"
+KrV!Taf d1 D{wZ3g 12. 存储谐波场集 kdITh9nx<r I/_`/mQ b;Pqq@P|g 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
%#yCp2 由于谐波场集可能包含上百种模式,那么数据量对RAM内存来说可能会太大。
@T|mHfQ8 对于这样的情况,VirtualLab Fusion允许用户或者进行一个标准的设置,或者明确指定一个确定的谐波场的数据存储位置(在RAM或者硬盘中)。
<IGnWAWn [&j!g
yx4B!U 89U<9j 13. 临时文件的存放位置 tB'F`HM:mq \NDSpT<Z qeb:n$ 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。
a7)q^;:O 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。
Ma:xxsH. 建议硬盘空间超过100GB。
Gnr]qxL _hMMm6a|
> mgbs> lnEc5J@c>i 14.结果 8h78Zb&[ W0K&mBu
"/[-U;ck a 9(1 6k 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。
8tK 8|t5+ 邻近的数值探测器结果。
PBTGN;y nG1mx/w 15.模拟结果 l&dHH_m3 Ts:3_4-k
@c,}\"( 16.总结 5-0 • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
#%il+3J • 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。