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。
\E1[ / J[2c[|[- 1.建模任务 zC#[ E7@0,9AU / =&HunaxI 2.光源参数 *>,8+S33r{ K n%[&
}wRHNBaEB !]=[h z}&w7O#
•
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
'D(| NYY • 光源平面直径:100μm×100μm
!4TM gM • 空间相干长度:3μm×3μm
'1{co/Y • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
xU+c?OLi •
波长:351nm
4%>iIPXi.( (4=NKtA^G 3. 衍射扩散器透过率函数 ua[ d
p'z
fo! 19O /Q,9 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:
ee}&~% • Phase-Only元件
,pL%,>R5 • 采样距离:5μm
N@Pf \D • 大小:640μm×640μm
xD+n2:I{ • 相位级:8
F33&A<(, • 生成的目标模式:圆形高帽
sT:$:= ``KimeA~
"
UaUaSg# 9nF;$HB 4. 光源的辐射特性 $?RxmWsP &?C%
-"|c e<o{3*%p) 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
?EQ]f34 • 发散角
VsEMF i= • 空间相干长度
<nDuN*| • 或模式的腰束半径。
N T+%u- s8;/'?K
@9S3u#vP tDn{;ED< 5. 空间扩展光源建模 -DD2
46`(u"RP 9>,$q"M}? • 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。
?/"Fwjau • 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。
C3 >X1nU T=Q"|S]V
&L6xagR7M 6.系统:光路图(LPD) i i&kfy • 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。
&("HH"! • 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。
%6Wv-:LY • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
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O#Y;s;)i" u.W}{-+kp 7. 存储透过率函数 9w\yWxl
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x?T.ItW:K \$; Q3t3 • 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。
pxC:VJ; /S9s%scAy 8. 生成的谐波场集(光视图) rjsqXo:9 JG6"5:: S
?v^/F • 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。
i$`OOV=/e • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
2^Y@e=^A {|dU|h
7bcl^~lY 4rXjso| 9. 生成的谐波场集(数据视图) q u>5 rg- ;&="aD
q]PeS~PjF\ vm,/?]P N=4`jy = • 数据视图分别显示了每个模式。
xnz(hz6 • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
\~j6}4XS1. • 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加,因此散斑会消失,并获得均匀化效果。
#"PI%& %A 4F?/E 10.评估价值函数 #$/SM_X14C
m3o+iYkMD
s^O>PEX&<I H{&o_ 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:
_Nze="Pt • 一致性误差和
~r(/)w\ • 窗口效率
r7dvj#^ 在定义区域内对高帽进行分析。
y9<]F6TT ';T=kS<^_ 11.评估的不同区域 vpTYfE
DdAs]e|D[
`8 Q3=^)3 |n9q4*dN 12. 存储谐波场集 s+mNr3 #f*,mY|> {/Mz/|% 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
ds>V|}f[ 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。
J2tD).G 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)。
JQ9JWu%a :i{$p00
G
|q0MM^%" Ojea~Y]Sr 13. 临时文件的存放位置 }Z^r<-N {u7%Z}<0 X9:4oMux7 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。
/Q |guJx 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。
?U}Ml]0~ 建议硬盘空间超过100GB。
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P.8CFlX #HgXTC 14.结果 [xaglZ9HNo kqyVUfX$3
gOk<pRcTb= K@0gBgN 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。
ez2rCpA 邻近的数值探测器结果。
_dg2i|yP< ^F}HWpF_ 15.模拟结果 'Cc(}YY0C >pS@;t'
,7wxVR%Ys 16.总结 J~\`8cds • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
d-cK`pSB • 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。