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。
I8<,U!$ PSVc+s[Q+V 1.建模任务 GXjfQ~<] L19C<5> (+u39NQV 2.光源参数 oiyzHx 1jPJw3"3h 8&~~j7p, ./D$dbu3 AUNQA •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
r8&^>4 • 光源平面直径:100μm×100μm
.YnFH$;$ • 空间相干长度:3μm×3μm
Z]WnG'3N • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
\eb|eN0i •
波长:351nm
MpqZH{:?G iMFgmM| 3. 衍射扩散器透过率函数 E V^~eTz Nl9I*x^e )+"'oY$]} 一个衍射匀光元件,可以使用一个具有如下技术参数的衍射扩散器透过率函数来模拟:
Ru>uL@w • Phase-Only元件
nJ"YIT1K]p • 采样距离:5μm
HJ[/|NZU$ • 大小:640μm×640μm
_uKZ Ml • 相位级:8
d,tU#N{Q6 • 生成的目标模式:圆形高帽
!F4@KAv n?ctLbg {^rs#, W 7 aYn0_NKp 4. 光源的辐射特性 a/U2xq{x pM&YXb? jhX[fT1m 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
;Y mTw
• 发散角
R:AA,^Z • 空间相干长度
@]c(V%x • 或模式的腰束半径。
{}m PEd b k({\/t3i E)-r+ <l #E+gXan 5. 空间扩展光源建模 }%`~T>/ RQB]/D\BO )VK }m9Ae • 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。
iy\nio` • 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。
G #T<`>T k@D0 {z 1s*.A6EP" 6.系统:光路图(LPD) p,<&zHb>K • 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。
?D)<, • 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。
]cC[-F[ • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
M9f?q.Bv pdb1GDl0q -l-E_6|/W T<joRR 7. 存储透过率函数 (j"(
C"qU-&*v
q$.{j"cZV Op?OruT[ • 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。
5P hX"7 XJ+6FT/qss 8. 生成的谐波场集(光视图) qr50E[ b7\ cxgRq oM1
6C| • 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。
$BDBN_p • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
n*'<uKpM %=<IGce c<BO gNr y3;q_4. 9. 生成的谐波场集(数据视图) o1OBwPj
.LRxP#B -g/hAxb5 cj|*_} T\# *S0^ • 数据视图分别显示了每个模式。
`C+HE$B • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
R,!Q
Zxmg • 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。
KZ:8[d rba;&D; 10.评估价值函数
XfzVcap
xg{HQQ|TC
X#UMIlU /Go
K}W} 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:
Zz |MIGHm • 一致性误差和
tNmy&
nsA • 窗口效率
mN5
8r"!J 在定义区域内对高帽进行分析。
hsG#6?l3 SnTDLa 11.评估的不同区域 .2\0~x""
w*w?S
+>g`m)?p 2o[IHO] 12. 存储谐波场集 =FBpo2^QB; m>e3vu D0]a\,aZ 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
2vKx]w 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。
]`w}+B'/ 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)。
<B&R6<]T snp v z1iS Q\J,}1<`6 =OV2 uq 13. 临时文件的存放位置 :PnSQjV: )yb+M ez 6=PiVwI 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。
M\+* P,i 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。
Lg`Jp&Kg 建议硬盘空间超过100GB。
EkKnUD H.J5i~s
3@O0^v- L$Z(+6m5 14.结果 OalP1Gy )3muPMaY DcV<y-`'1 8]0:1
{@ 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。
XqR{.jF. 邻近的数值探测器结果。
26:evid R+$8w2# 15.模拟结果 5y_" s"0b%0?A ^4`&EF 16.总结 l@d
gJ • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
%XXkVK` • 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。