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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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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-23
    这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。 EV(/@kN2  
    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。 +nZG!nP  
    5Y&@ :Y  
    2．模拟任务 ^7''x,I  
    (i?^g &  
    uB^]5sqfk  
    DOE： 3AL.UBj&}  
    相位型衍射 .^NV e40O  
    光束整形器 jF5JpyOc  
    直径：2mmx2mm U^YPL,m1  
    形状：圆形 'H9~rq7  
    相位级次：16     |S8pq4eKJ_  
    jl@8pO$  
    3TtW2h>M  
    3.建模任务：入射光场 BxqCV%9o  
    BY d3rI  
    K%k,-  
    高斯准直激光光束的光束参数 dkLR Q   
    o&O!Ur  
    • 波长：632.8nm pZjFpd|  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm CP'-CQ\Q  
    QM]^@2rK2  
    {HU48v"W  
     =3:ltI.'*I  
    4.建模任务：期望输出光场 s^ a`=kO  
    *k}d@j,*"  
    L;  ~=(  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: @e7+d@ O<  
    ex1ecPpN  
    • FWHM-直径：0.5mm 8xX{y#  
    • 边缘宽度：50um 8dH|s#.4um  
    • 效率：>95% 4kM<L}J#  
    • 信噪比（SNR）：>30dB O?!"15  
    • 杂散光：<5% ep!.kA=\  
    <gy'@w?  
     |H4'*NP"  
    ZZ(@:F  
    5.设计方案 4HJrR^  
    %([c4el>\F  
    5-*]PAC  
    • 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）。 "mf;k^sqS  
    • 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）。 ||4Dtg K  
    5ZVTI,4K  
    1 W u  
     UQ)}i7v  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 #O WSy'Qnt  
     nM`)`!/  
    (AYD @  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 K?4(ou  
    • 用户必须输入所需的信息 %8Z,t+'  
    - 入射场 /HRaX!|E#  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） 'gGB-=yvbO  
    - 系统参数 :m\KQ1sq  
    - 制造条件 1GdD  
    ]YP?bP,:  
     YYHm0pc  
    q1y4B`  
    7.设计过程 v(iUo&Ge  
    4lA+V,#  
    d%3BJ+J  
    l 5FQ!>IM  
    ZAZCvN@5  
    2XHk}M|  
    lND[anB!  
    设计和优化过程由两步完成： +b+sQ<w?.  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 Qx;A; n!lw  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 jvQ"cs$.  
     arZIe+KW  
    8.系统模拟 !U_L7  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 QGd- 9UEA]  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 vXbT E$  
    • 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。 i1\2lh$  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 L])w-  
    Q8y|:tb$Y  
     Br5Io=/wg  
    4Z }{hc\J  
    9. 初始几何光学设计的结果 (, "E9.  
    Oq6n.:8g"  
    jm\#($gl=  
    @'@6vC  
    4&e@>  
    感兴趣的优化函数 {R;M`EU>  
    • 效率满足（>95%） V%lGJ]ZEa  
    • 信噪比不满足（<30db） Z@!W? Ed  
    • 杂散光不满足（>5% tY=%@v'6?  
     K"7;Y#1g  
    2< Bv=B  
     2p>SB/  
    Q/)ok$A&  
    10. 后续IFTA优化后的结果 )H)Udhz  
           'V#ew\  
    ]0 RXo3  
    RWCS u$  
     1m;*fs  
    Z4ioXl  
    感兴趣的优化函数 f<Tz#w&6W  
    • 效率满足（>95%） v&2@<I>  
    • 信噪比满足（<30db） AijTT%  
    • 杂散光满足（<5%） "H<#91^|  
    2F @)nh  
    11.总结 c8tC3CrKp=  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 8G&+  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 (M,VwwN  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 6L9[U^`@  
    • 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。 2, V+?'^j  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 ~h0BT(p/  
     
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