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。
RVnyl`s ~H|LWCU)K8 1.建模任务 ;3|Lw<D5; _S2^;n? (oitCIV 2.光源参数 nRB>[lG Z'NbHwW}
NWHH.1| P5}[*k%DQw o,Zng4NY •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
2c~?UK[1 • 光源平面直径:100μm×100μm
s#4ew} • 空间相干长度:3μm×3μm
)L<?g!j~ • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
L-C/Luws •
波长:351nm
F|Dz]ar tnF9Vj[#%_ 3. 衍射扩散器透过率函数 Z;y}gv/{ tOM3Gs~o6z cL)rjty2 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:
=x0"6gTz> • Phase-Only元件
to!W={S<ol • 采样距离:5μm
{9Mdt`WL • 大小:640μm×640μm
2v9s@k/k)6 • 相位级:8
v^],loi<V • 生成的目标模式:圆形高帽
Sd\IGy{a 03QEXm~|Q
^s@*ISY Dd#
SUQ 4. 光源的辐射特性 lDJd#U'V *[xNp[4EU d0A\#H_& 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
BY4 R@) • 发散角
sMfFm@\ N • 空间相干长度
L.0} UXd • 或模式的腰束半径。
*%N7QyO`I c_z/At;4
KBr5bcm4u kh?#={]Z 5. 空间扩展光源建模 e.}3OK R)d99j^" f1Yv hvWL • 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。
SfZ=%6b7 • 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。
Jl>at YZBzv2'\x
.hQ3A" 6.系统:光路图(LPD) (]}x[F9l • 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。
mF*?e/ • 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。
_PyW=Tj • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
w(V?N' [ Z9"{f)T
V|3yZ8lE urT/+deR 7. 存储透过率函数 [/AdeR
z<oE!1St
w%8ooQ|C Uin k • 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_)>|R2 @jE d%W 8. 生成的谐波场集(光视图) C`2*2Y%xkG 0H OoKh Som.
qD • 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。
+Q SxYV • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
uG=t?C6 _Sly7_
ReI=4Jq11 %Ye)8+- 9. 生成的谐波场集(数据视图) *`+<x mh
A~eJ
B?$ 01?9V A*\o
c YW?7*go'Z • 数据视图分别显示了每个模式。
<}28=d • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
Hi; K"H]x1 • 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。
0<]$v"`I _[}G(< 10.评估价值函数 u8-a-k5<
io9y;S"+
a1
46kq lL:KaQ 0E 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:
)|U_Z"0H^ • 一致性误差和
'DCKD4@C/ • 窗口效率
lfxuc7Rdla 在定义区域内对高帽进行分析。
CN\|_y C2+{U 11.评估的不同区域 $i,6B9
G0I~&?nDa
mJ0}DJiX$ ]>
nPqL 12. 存储谐波场集 6WA|'|}= tMxsR>sH +"k.E
x0: 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
aL8p"iSG9 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。
_7Xd|\Zc 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)。
&u+yM
D :dc"b?Ch
Tg"'pO e1^fUOS 13. 临时文件的存放位置 FjD,8^SQW ;\<""Yj@l p&i.)/ 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。
lo cW_/ 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。
! 9d_Gf- 建议硬盘空间超过100GB。
<\ y!3; u|(Ux~O
>%9^%p^ b->eg 8| 14.结果 n11LxGwk \bU`
*-?Wcz yOX&cZ[ 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。
j(0Ilx|7v 邻近的数值探测器结果。
4cott^K. +J"' 'cZ 15.模拟结果 By2s ']bw IZO@V1-m
fx<FIj7 16.总结 J4YT)- • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
SXQ@;=]xV • 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。