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    [技术]设计和优化衍射光束整形元件来生成矩形高帽 [复制链接]

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    科学家
     
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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2021-11-04
    1.简介 P>y@kPi   
     a{L%7  
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 JinUV6cr  
    展示了可能的期望需求，设计，优化和一个能够生成无散斑高帽的衍射光学元件(DOE)的相位透过率函数的分析。 oM X  
    fF!Yp iI"  
    2．模拟任务 sf:,qD=z  
    Q4#.X=.d  
    iQ0KfoG?U  
    DOE： u4*BX&  
    相位型衍射 [$ubNk;!z  
    光束整形器 #>a\>iKQ2q  
    直径：2mmx2mm bt@< ut\  
    形状：圆形 Eh)fnqs_d}  
    相位级次：16     SJlr53  
    i7CX65&b  
    H9Gh>u]}  
    3.建模任务：入射光场 PF0_8,@U  
    [CTnXb  
    F;Spi  
    高斯准直激光光束的光束参数 T )&A2q  
    ^7`BP%6  
    • 波长：632.8nm 6lZ3tdyNo  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm 3xy<tqfr  
    WSP I|#Xr%  
    zF@/K`  
     _f7 9wx\B  
    4.建模任务：期望输出光场 "-E\[@/  
    =?5]()'*n  
    h! ,v/7=  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: FBG4pb9=~  
    b35fs]}u-6  
    • FWHM-直径：0.5mm HRpte=`q  
    • 边缘宽度：50um xW+6qtG`  
    • 效率：>95% 8%:Iv(UMk  
    • 信噪比（SNR）：>30dB [ XN={  
    • 杂散光：<5% 1wii8B6  
    Q@=Q0  
     Mg+2. 8%  
    YByLoM*  
    5.设计方案 .w:DFk^E]b  
    6u?>M9  
    ),_@WW;k  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 )|cc X  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 9FF0%*tGo  
    "BAK !N$9  
    Oz.HH  
     >e lJkq|  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 (xycJ`N  
     j<upRS,$  
    -$\y_?}  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 k``_EiV4t  
    • 用户必须输入所需的信息 2y75  
    - 入射场 3s*mbk[J  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） UB@Rs|)  
    - 系统参数 $Ph|e)p  
    - 制造条件 ]IaMp788  
    K&u_R  
     $+Z[K.2J  
    @b\$yB@z  
    7.设计过程 MyOd,vU  
    ~ZaY!(R<  
    VCYwzB  
    4>YR{  
    G+9,,`2  
    XoK:N$\}t  
    *YI98  
    设计和优化过程由两步完成： VD AaYDi  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 TT%M' 5&  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 oE @a'*.\  
     @ 6\I~s(  
    8.系统模拟 t}a: p6D]  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 _1X!EH"  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 m<G,[Yc  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 ?Rb9|`6  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 P.se'z)E  
    N>uRf0E>  
     m~BAyk^jo3  
    JBj]najN  
    9. 初始几何光学设计的结果 _{ue8kGt  
    Mc lkEfn  
    'd0~!w  
    BkAm/R  
    - nm"of\o  
    感兴趣的优化函数 uo:J\E  
    • 效率满足（>95%） >-?f0 K  
    • 信噪比不满足（<30db） 1y &\5kB  
    • 杂散光不满足（>5% D_2:k'4  
     L<c4kw  
    >tS'Q`R  
    W ~<^L\Lu  
    [&[k^C5  
    10. 后续IFTA优化后的结果 'ycJMYP8  
           [|wZ77\  
    ho{*Cjv  
    YpHg&|Fr  
     wVXS%4|v  
    },?kk1vIT{  
    感兴趣的优化函数 8LJ8 }%*  
    • 效率满足（>95%） *tFHM &a  
    • 信噪比满足（<30db） ?5__oT  
    • 杂散光满足（<5%） R+:yVi[F]U  
    )6MfRw  
    11.总结 9)yJ: N#F  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 .#!lP/.eQP  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 <V'@ks%  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 T.F!+  
    • 制造约束例如高度级的离散数量或者矩形像素可以包含在优化中。 l9~e". ~'  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 _{O>v\u  
     
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