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。
"x.6W! ^iV`g?z 1.建模任务 5&-j{J0iV
m[@%{ #GY&$8.u* 2.光源参数 g]==!!^<D w`.T/
G>[
NZE XAQ\OX# BDm88<] •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
38w.sceaT • 光源平面直径:100μm×100μm
0279g • 空间相干长度:3μm×3μm
(pT(&/\8 • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
/jjW/lr •
波长:351nm
}1a <{& ,#P,B;r~ 3. 衍射扩散器透过率函数 Y0Hq+7x \tiUEE|k +3/k/W
一个衍射匀光元件,可以使用一个具有如下技术参数的衍射扩散器透过率函数来模拟:
[V> :`? • Phase-Only元件
daA47`+d • 采样距离:5μm
"RV`L[(P*k • 大小:640μm×640μm
k W<Yda<a • 相位级:8
(^DLCP#* • 生成的目标模式:圆形高帽
)KaLSL> r
1l/) ;
`N|U"s; _C< 6349w 4. 光源的辐射特性 RjR&D?dc IdV,%d{ .])>A')r 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
'!j #X_; • 发散角
6?1s`{yy • 空间相干长度
XD$% • 或模式的腰束半径。
QMXD9H0{ 3d,-3U
u%6Irdx Xmap9x 5. 空间扩展光源建模 0On?{Bw Cec9#C zdxT35h • 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。
5u2{n rc • 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。
E;6Y? vJ 54
M!Fq-
.-SDo"K.h 6.系统:光路图(LPD) ~q0I7M • 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。
j3*M!fM9 • 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。
d\~p5_5. • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
;;EDN45 N3uMkH-<
"rme~w Di 82j'MgGP 7. 存储透过率函数 fH{9]TU_:
B<|:K\MA
5x*5|8 v-P8WFjca • 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。
Q)x?B]b- L*zbike 8. 生成的谐波场集(光视图) u~$WH, P3 Ni+3b vVI6m{zYV • 模拟结束后将返回一组谐波场集(HFS),其包含了目标平面上不同模式的电场复振幅分布。
eq^TA1>T • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
>;&Gz-lm bjPka{PBj
N=OS\pz
S304ncS|M 9. 生成的谐波场集(数据视图) OJ v}kwV |0tg:\.
M
(+.$uz W[@i;f^g Gs+\D0o! • 数据视图分别显示了每个模式。
1*Sr5N[= • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
1|o$X • 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加,因此散斑会消失,并获得均匀化效果。
6exRS]BI k1wCa^*gc 10.评估价值函数 Vo #:CB=8
-G8c5b[
D`~JbKV5@^ cvKV95bn 为了评估所获得的圆形平顶光束的质量,使用了两个可编程探测器来计算其参数:
aGpCNc{+ • 一致性误差和
o[o:A|n • 窗口效率
}0$mn)*k 在定义区域内对高帽进行分析。
3rxo,pX94 CV s8s 11.评估的不同区域 Yx6hA#7I
C1V# ?03eI
DKh}Y
!Q=:
#;d)? 12. 存储谐波场集 0eFb?Z0] CE{z-_{^ fGb7=Fk 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
Xad*Iulj 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。
g]za"U|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)。
`8,w[o oC2 x;Gz6|
"LOnDa7E^ 4RhR[ 13. 临时文件的存放位置 t)ld<9)eB 7U,k 2LS ,~- ?l7 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。
2
#KoN8% 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。
[Gh"ojt]w 建议硬盘空间超过100GB。
5^>n5u/ 9SY(EL
k_!+V`Ro# tev QW 14.结果 Kh)FyV r=qLaPG
e$/&M*0\f Uan,H1a 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。
27>a#vCT 邻近的数值探测器结果。
@&5 A&( VpSEVd:n 15.模拟结果 "IG+V:{ou nX._EC
3%^z ?_ 16.总结 >\ZR*CS • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
ET)>#zp+s • 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。