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。
f3E%0cg fGf C[DuY 1.建模任务 #"PRsMUw {K,KIj" `A0trC3 2.光源参数 wI{ED ^_0l(ke 5 0KB:1(g tR{@NFUcu USrBi[_ci\ •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
=X24C'!Mpe • 光源平面直径:100μm×100μm
\J?l7mG • 空间相干长度:3μm×3μm
q33Z.3R • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
jn:9Cr,o;g •
波长:351nm
zEJZ, < ==^9_a^ 3. 衍射扩散器透过率函数 =)O%5<Lwx N5%Cwl6i 4\rw JD< 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:
6~O9|s^38w • Phase-Only元件
wVMR&R<t • 采样距离:5μm
>vny9^_ • 大小:640μm×640μm
E4;@P']` • 相位级:8
0DQ\akh • 生成的目标模式:圆形高帽
loR,f&80=O e^ ZxU/e c:OFBVZ VKtZyhK"h 4. 光源的辐射特性 g UAx8=h ~MZEAY9 yr"BeTrS. 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
&40# _>W7 • 发散角
r,FPTf
• 空间相干长度
='U>P(
R- • 或模式的腰束半径。
n72+X 1{0 L~ by0@G"AE+ 6!Z>^'6 5. 空间扩展光源建模 M7x*LiKc2 jVxX! V BnwYyh • 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。
+Dwq>3AH • 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。
f *HEw wx]r{ I%#&@ 6.系统:光路图(LPD) _f1~r^(/T0 • 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。
\]7i-[ • 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。
1Bl;.8he.) • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
hP$v,"$
,fR /C ]A%S&q &'{?Y;A 7. 存储透过率函数 QY}1i .f
A-GU:B
^h^\kW'# <GRplkf` • 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。
gK
Uci =|Vm69 8. 生成的谐波场集(光视图) X) O9PQ ?VCM@{9 7LZA!3 • 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{"M N= • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
Ku3/xcu:My V#-\ 4`c )/4xR] -s5>GwZt 9. 生成的谐波场集(数据视图) DM[gjfMXu Of?3|I3 l N |nZf5{ \]$TBN
dJ4 )o\U4t • 数据视图分别显示了每个模式。
hY5tBL • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
6M-Y`T`J • 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。
>^|(AzS RX6s[uQ 10.评估价值函数 _ giZ'&l!
p*l]I*x'<
2J0N]`|) n `Ry! 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:
PEIf)**0N • 一致性误差和
Z?AX • 窗口效率
UP?]5x> 在定义区域内对高帽进行分析。
VHlo}Ek<# s>+,u7EV 11.评估的不同区域 +w(>UBy-
~P5;k_&
5uxB)Dx) L,PD4H"8 12. 存储谐波场集 $EUlh^ SRfnT?u6 B33H,e) 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
sPoH12?AL 由于谐波场集可能包含上百种模式,那么数据量对RAM内存来说可能会太大。
KB6'sj 对于这样的情况,VirtualLab Fusion允许用户或者进行一个标准的设置,或者明确指定一个确定的谐波场的数据存储位置(在RAM或者硬盘中)。
cq-UVk"Gl 6Q}WX[| tQ /QT"5fxKJ S{. G=O 13. 临时文件的存放位置 NJ ];Ck 1 Ka,u20 W]l&mr 基于模式的数量和每个模式采样点的数量,则要求大量的硬盘空间来存储单个谐波场集。
pipO,n 可以通过File菜单→Global Options→Other 设置来改变存放临时文件的硬盘目录。
r)Dln5F 建议硬盘空间超过100GB。
<~ 9a3c? 8e{S(FZ7Ed WY3D.z-</ B^yA+&3HI 14.结果 Wd78 bu| [l%6wIP&{ Ed$;#4 $CgR~D2G 结果(左上图:单模;右上图:所有11×11模式)灰度图,根据线性强度探测器。
Bk)*Z/1<x 邻近的数值探测器结果。
Tu*"+*r>s hNWZ1r~_ 15.模拟结果 AFN"#M vD@=V#T ICxj$b 16.总结 !\RBOdw C • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
z&x3":@u< • 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。