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。
_OT kv6;4n muQ7sJ9
r 1.建模任务 s&vOwPmV LX
j Tqp' Zx<s-J4o=w 2.光源参数 K/Axojo K:P gkc VLtb16| Tk/K7h^ Arz>
P@EQ •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
C,-V>bx g • 光源平面直径:100μm×100μm
lp?geav • 空间相干长度:3μm×3μm
NF0} eom • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
qwA:o-q" •
波长:351nm
G:'-|h }mz4 3Sq< 3. 衍射扩散器透过率函数 d OqwF
iO 2`t4@T =Ze~6vS, 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:
T:wd3^.CG • Phase-Only元件
9n!3yZVSe • 采样距离:5μm
VX&KGG.6 • 大小:640μm×640μm
*8"5mC;" • 相位级:8
<H)h+?&~d • 生成的目标模式:圆形高帽
fCZbIt)Eh g;=jZ Z/hSH
0 (~ !e.@Xk.P6 4. 光源的辐射特性 yS7[=S ^`=Z=C$fj o?^j1\^ 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
)y.J2_lI8 • 发散角
rtf>\j+ • 空间相干长度
@<},- u • 或模式的腰束半径。
1NN99^q ^5u} !=cW+=1 ^b;.zhp8;N 5. 空间扩展光源建模 62%.ddM4 &hd+x5 2#6yO`?uo • 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。
;{BELv-4 • 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。
`6lc] r ]O7I7K ^"l>;.w 6.系统:光路图(LPD) ZxbWgM5rm • 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。
O,9KhX+ • 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。
/ $WEO[o • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
"]5]"F 4] n`0}g_\q -UPdgZ_Vxz 69r<Z 7. 存储透过率函数 398}a!XM
hXbb+j
rt!5Tl+v a,M7Bbx • 对于规律的量化相位透过率函数,可以用存储函数元件中的缩放因子来模拟可能产生的加工偏差。
Jan73AOX f]%$HfF@ 8. 生成的谐波场集(光视图) `IkWS7| 1/6 G&RB (tx6U.Oy • 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。
N!/^s": • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
rMfp%DMA CdatN$/* ^C_Y[i
~| 0z_e3H{P27 9. 生成的谐波场集(数据视图) e<9IwS!/ )@\= pE.H E]6;nY? 2^Q)~sSf9 sR+=<u1 • 数据视图分别显示了每个模式。
rC[*x} • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
zg0)9br • 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加,因此散斑会消失,并获得均匀化效果。
@FdtM<X C:0Ra^i ?L 10.评估价值函数 >q[ (UV
mcpM<vY/H
#l+U(zH:JG t]2~aK<] 为了评估所获得的圆形平顶光束的质量,使用了两个可编程探测器来计算其参数:
j1Q G-Rs& • 一致性误差和
oOmPbAY • 窗口效率
)(_}60 在定义区域内对高帽进行分析。
:
JD%=w_ o[O-|XL_ 11.评估的不同区域 |94"bDL3~
AWi~qzTZ
75jq+O_: 0}PW<lU- 12. 存储谐波场集 ] 06LNE liA)|.H 25::z9i 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
r-9P&*1 由于谐波场集可能包含上百种模式,那么数据量对RAM内存来说可能会太大。
@F+4
NL-'P 对于这样的情况,VirtualLab Fusion允许用户或者进行一个标准的设置,或者明确指定一个确定的谐波场的数据存储位置(在RAM或者硬盘中)。
T7'njaLec imZi7o _ohZTT%l :0Rd )*k,v 13. 临时文件的存放位置 /![S 3Ol -sh S?kV Wr a W 基于模式的数量和每个模式采样点的数量,则要求大量的硬盘空间来存储单个谐波场集。
cWA9 n}Z 可以通过File菜单→Global Options→Other 设置来改变存放临时文件的硬盘目录。
%r=uS.+hrF 建议硬盘空间超过100GB。
VL?ubt< J3Qv|w[3Y Yo/U /dB 4h@jJm
14.结果 <IC=x(T \j+O |#`|) lQ<2Vw#Yl {Uz@`QO3 结果(左上图:单模;右上图:所有11×11模式)灰度图,根据线性强度探测器。
^&03D5@LoY 邻近的数值探测器结果。
N /p9Ws Vl%AN;o 15.模拟结果 m$ )yd~ d(3F:dbk {KxeH7S 16.总结 c*-8h{} • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
,^pM]+NF| • 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。