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。
Nm--h$G {q~Bss{z 1.建模任务 ZwAX+0 Cc0`Y lx~( 6`]R)i] 2.光源参数 GfUIF]X $lOx
6rL
_U1~^ucV DifRpj I-0 7ks09Cy •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
@CP"AYB # • 光源平面直径:100μm×100μm
rFM`ne<zh • 空间相干长度:3μm×3μm
<]b}R;9v • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
nSz Fs(]f •
波长:351nm
'X_iiR8n@p ::uD%a zd 3. 衍射扩散器透过率函数 %/,PY>:| ?;0=>3p*0 4\pi<#X 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:
;Z-Cn. • Phase-Only元件
Q
nDy mVF • 采样距离:5μm
I}puN! • 大小:640μm×640μm
N:)`+} • 相位级:8
I.fV_
H^ • 生成的目标模式:圆形高帽
n4 KiC!*i0 Bg-C:Ok2'
-DlKFN k)'hNk"x 4. 光源的辐射特性 $G"PZ7 K)]7e?:Wu Y:FV+ SI 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
D2[wv+#) • 发散角
k*-_CO-h • 空间相干长度
>f^&^28 • 或模式的腰束半径。
Y6`9:97 G#HbiVH9
&{7n WnLgpt2G 5. 空间扩展光源建模 vYL{5,t {1 c#OZ=` Fh?;,Z • Gaussian Type Planar Source通过数个相同的横向偏移高斯模式,在光源的出射面以非相干的形式来模拟一个部分相干光源。
//JF$o=)D • 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。
DvG. G+mo# +#6WORH0S
ci+Pg9sS 6.系统:光路图(LPD) j^1T3 + • 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。
e=%7tK* • 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。
`V w9j,G • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
$&qB,>5=X j+*VP
V(L~t=k$ 8!TbJVR 7. 存储透过率函数 H+F?)VX}oA
OZbwquF@
29Kuq ;6 =oluw|TCe7 • 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。
Z"lL=0rY/ 3hmuF6y~ 8. 生成的谐波场集(光视图) x~$P.X7(~ $sU?VA'h ";`ddN3 • 模拟结束后将返回一组谐波场集(HFS),其包含了目标平面上不同模式的电场复振幅分布。
)3.udx • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
Umv_{n` !#rZeDmw
7V 4iPx RT9fp(6* 9. 生成的谐波场集(数据视图) Y5-X)f nv{ou[vQ
jn^i4f>N 9$~D4T 'h O+ b • 数据视图分别显示了每个模式。
XZV)4=5iSO • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
%N/I;` • 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。
[dk|lkj@u\ k5w+{iOh 10.评估价值函数 -njxc{b
\tyL`&)
%p/Qz|W ~NpnRIt 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:
E-*udQ • 一致性误差和
#E^ %h • 窗口效率
sG}}a}U1 在定义区域内对高帽进行分析。
`*KS`
z? FDbx"%A 11.评估的不同区域 E"#<I*b
*X*D,
VY
>Eik>dQ a ?TMo6SU 12. 存储谐波场集 PgB=<#9 I4m)5G?O2 K.o?g?&< 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
@`%.\_ 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。
tK g%5;v 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)。
q<oA%yR HZ[&ZNTa
"y
"C#:5 66:|) 13. 临时文件的存放位置 QdUl-( *:BNLM )lB-D;3[_ 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。
@a%,0Wn 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。
%04>R'mN 建议硬盘空间超过100GB。
I #1_ TCmWn$LeE
nqgfAQsE) U!3nn#!yE 14.结果 &Radpb2p6 MMhd -B1O&
YlPZa3\ d`({z]W; 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。
=\CbX 邻近的数值探测器结果。
wKk h=`rZC
15.模拟结果 A.35WGu&: b.YQN'
o|^0DYb 16.总结 86R}G/>>e • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
@VxBURZ? • 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。