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。
k!G{#(++&6 _z1Qr?cY 1.建模任务 4"\x# vE1:;%Q B.KK@ 2.光源参数 <WnIJum ,%qP
mY[*Cj3WJ &ld<fa(w+2 hsJ^Au=})w •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
WncHgz • 光源平面直径:100μm×100μm
0l/7JH_@V • 空间相干长度:3μm×3μm
y~Yv^'Epf • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
s];0-65) •
波长:351nm
Q&lb]U+\u +Z-{6C 3. 衍射扩散器透过率函数 0LYf0^P bxO[y<|XL ^hr# 1 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:
DZ4gp • Phase-Only元件
LE~vSm^# • 采样距离:5μm
1r*yYm' • 大小:640μm×640μm
oB>#P-V • 相位级:8
:;TF_Sv • 生成的目标模式:圆形高帽
9UV}`UM3V XH0o8\.
TaaCl#g$? f="Zpl W 4. 光源的辐射特性 Nq^o8q_ 8N$Xq\Da+> q&O9W?E8dG 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
8G2QI4 • 发散角
YMy** • 空间相干长度
^ UhqV"[7k • 或模式的腰束半径。
^CM@VmPp B*E"yB\NV
uhnnjI c6=XJvz 5. 空间扩展光源建模 2yD ?f8P4 Z-pZyDz 1|s`z • 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。
+?*.Emzl@ • 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。
TKbfZw __1Hx?f
T+t7/PwC; 6.系统:光路图(LPD) 90,UhNz9D • 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。
MtgY `p • 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。
:Ig9n: • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
:cIPX%S &~x |w6M]J
6
{F#_. [3ggJcUgW> 7. 存储透过率函数 ?)-anoFyVW
@3 +
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FX7 WX`wz>KK^ • 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。
d_f*'M2Gv <Wj/A/ 8. 生成的谐波场集(光视图) T-lP=KF= x_/l,4_ +z#+}'mT% • 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。
W>c*\)Xk ! • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
u-bgk(u :/Z1$xS
k8SY=HP #,FXc~ V 9. 生成的谐波场集(数据视图) &oJ[ *pQ |oX9SU l
uINEq{yo 8/y8tMm] :uqEGnEut • 数据视图分别显示了每个模式。
G9#3
|B-? • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
M\Wg|gpy • 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。
teLZplC=f >MhZ(&iD 10.评估价值函数 G=CP17&h6
bP|-GCKM8
o/vD]Fs Jvj* z6/a 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:
Xi+l 1xe • 一致性误差和
}dqOE-"I"n • 窗口效率
U+(qfa5( 在定义区域内对高帽进行分析。
*IF~ab2 *+2BZZwT 11.评估的不同区域 '!4\H"t
_g D9oK
CPY|rV h CV(O2jL 12. 存储谐波场集 sebuuL.l0< 1-<?EOYaE ;2MdvHhz1 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
C nD3%% 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。
x
#|t#N% 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)。
m1tc="j #"H<k(-Cz
gF;C% } )U0I|dx 13. 临时文件的存放位置 #k!;=\FV yV6U<AP$3 -:Juxh 基于模式的数量和每个模式采样点的数量,则要求大量的硬盘空间来存储单个谐波场集。
se bm 可以通过File菜单→Global Options→Other 设置来改变存放临时文件的硬盘目录。
nn">
建议硬盘空间超过100GB。
UD5hk U9%^gC
hsQ*ozv[) 6$csFW3R 14.结果 D6\k}4n- ?8<R)hJa<
uhwCC tqKX\N=5^ 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。
g`"_+x' 邻近的数值探测器结果。
)o&}i3~Q
m8gU8a"( 15.模拟结果 I=YZ!* f/` 0nR_I^
=;?Maexp3$ 16.总结 6HpiG` • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
fnFIw=d • 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。