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。
StLbX?d 6 XpT~]q} 1.建模任务 FeZGPxc~ e{ZS"e`! |7miT!y8 2.光源参数 H5A7EZq}` ;xu&%n[6@
#b;TjnC5{$ mbIHzzW> #\3X;{ •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
)=#zMdK& • 光源平面直径:100μm×100μm
Tnnj8I1v • 空间相干长度:3μm×3μm
mk3,ke8 • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
-9q3]nmT( •
波长:351nm
:CXm@yF~4= '=ydU+X 3. 衍射扩散器透过率函数 sN/8OLc ~<3J9\z1 Es1T{<G|w 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:
$< .wQ8:Q • Phase-Only元件
nX+c
HF • 采样距离:5μm
W`jKe-jF • 大小:640μm×640μm
kcl Z+E • 相位级:8
$1|65j[e • 生成的目标模式:圆形高帽
z3|5E#m ~Z;.np(T
%07vH&<C. N9PEn[t@ 4. 光源的辐射特性 @`rC2-V " 8g\UR"[ g_(O7 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
}^*m0`H • 发散角
A 1aN<!ehB • 空间相干长度
<
_<?p& • 或模式的腰束半径。
Pt7yYl&n7^ sl G%o5|m
cg}lF9;d X[1w(d U[ 5. 空间扩展光源建模 LcmZ"M6 L&Pj0K-HT3 D'"l%p • Gaussian Type Planar Source通过数个相同的横向偏移高斯模式,在光源的出射面以非相干的形式来模拟一个部分相干光源。
3\a VZx! • 对于这个案例,最终使用了11x11个足够多的横向模式来模拟光源。
0@}:`OynX 3^Z@fC
2;ac&j1 6.系统:光路图(LPD) +-MieiKv • 在光源和扩散器元件之间,放置了一个
焦距为20mm的理想
透镜以用于光源的准直。
q.d
qr< • 衍射扩散器元件由Stored (Transmission) Function(存储(透过率)函数)表示,在此设置所设计的衍射扩散器的数据。
cwI3ANV • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
xPP]Ro PR 1 o\COnt
_16r8r$V X;yThb`iI 7. 存储透过率函数 Wf-P a9
O7zj8
d5lD! '17V7A/t • 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。
)*9,H|2nS C9nCSbGMY{ 8. 生成的谐波场集(光视图) x8RiYi+ /*m6-DC ST[E$XL6 • 模拟结束后将返回一组谐波场集(HFS),其包含了目标平面上不同模式的电场复振幅分布。
2%~+c|TH.) • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
pw=o}-P{ .-.b:gdO(
_*u$U 4-W~1 9. 生成的谐波场集(数据视图) #c`/ f6z |
=tGrHL
QT[4\) kwrM3nq l+<AM%U\ V • 数据视图分别显示了每个模式。
MZdj!(hO • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
PS` F • 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。
a- 7RJ. rVDOco+w 10.评估价值函数 +pbP;zu
(T =u_oe
Rh{`#dI~= Ksvk5r&y 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:
a*!9RQ • 一致性误差和
q
7hoI] • 窗口效率
?fNUmk^A< 在定义区域内对高帽进行分析。
,?VYrL Ej$oRo{IG 11.评估的不同区域 k~=P0";
X@%4N<
OZ2faf ^6PKSEba 12. 存储谐波场集 E^x/v_,$w! >9X+\eg- ZKVM9ofXRi 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
-5,+gakSk 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。
[.nkNda5)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)。
e
J:#vX86 pzxlh(a9
<|VV8r93 5$/Me=g< 13. 临时文件的存放位置 CiIIlE4 =+"-8tz8FV DU:+D}vl 基于模式的数量和每个模式采样点的数量,则要求大量的硬盘空间来存储单个谐波场集。
P$"s*otr 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。
X^d}eWP`I 建议硬盘空间超过100GB。
"QM2YJ55m` -
*xn`DH
G+K`FUNA oX?~ 14.结果 `6{4?v *N%)+-
1c:/c|shQ_ fILD~ 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。
%TzdpQp" 邻近的数值探测器结果。
L+0O=zJF bl4I4RB 15.模拟结果 HVNX"`]" gflO0$i
6V-JyTcxGI 16.总结 &}FWpo! • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
6' 9zpe@` • 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。