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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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    离线infotek
    科学家
     
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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。 V`1,s~"q  
    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。 5$: toL  
    DK\XC%~m  
    2．模拟任务 !: ^q_q4  
    L%T(H<G  
    P"8Ix  
    DOE： 8o$rF7.-  
    相位型衍射 yQE'!m  
    光束整形器 ]x r0]  
    直径：2mmx2mm m{/( 3  
    形状：圆形 h 6Z:+  
    相位级次：16     s*ZE`/SM3  
    ZpV]X(Px(o  
    5e /YEDP  
    3.建模任务：入射光场 @kWL "yy,  
    YV<y-,Io  
    #wI}93E  
    高斯准直激光光束的光束参数  u]P|  
    a%T`c/C  
    • 波长：632.8nm u4C9ZYN  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm mb1mlsE  
    q(?+01  
    H#~gx_^U  
     iT>u&0B-  
    4.建模任务：期望输出光场 mGjB{Q+  
    Io1j%T#ZT  
    m2c'r3UEu  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: jYHnJ}<  
    ^#Ha H  
    • FWHM-直径：0.5mm 7$'AH:K  
    • 边缘宽度：50um % i4 5  
    • 效率：>95% %S`& R5  
    • 信噪比（SNR）：>30dB {A/r)  
    • 杂散光：<5% 566!T_  
    RbAl_xKI  
     a!9'yc  
    fg^AEn1i  
    5.设计方案 Alxf;[s  
    2:*15RH3  
    Mu\V3`j  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 yQ$irS?  
    • 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）。 S&_03  
    i]v3CY|3AI  
    ]pn U"  
     !l (Vk  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 ,/\`Rc^n  
     r#sg5aS7O|  
    ^kKLi  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 A2|Bbqd  
    • 用户必须输入所需的信息 @d WA1tM  
    - 入射场 Uwc%'=@  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） )|~&(+Q?]  
    - 系统参数 ZcN0:xU  
    - 制造条件 ;6G]~}>o  
    6}^x#9\  
     q+?&w'8  
    ZISIW!  
    7.设计过程 \ND]x]5d  
    UPhO =G  
    ~H}Z;n]H  
    9@*pC@I)  
    zg2d}"dV  
    [V'c  
    ^E70$yB ^  
    设计和优化过程由两步完成： U,W OP7z  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 . >"xp6  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 $--8%gh dG  
     +(+lbCW/  
    8.系统模拟 u$\.aWol  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 1=5"j]0hY  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 5U2%X pO   
    • 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。 LIDi0jbrq  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 'V&g"Pb  
    K)'[^V Xh  
     Y=XDN:  
    3r~8:F"g  
    9. 初始几何光学设计的结果 ([8*Py|  
    6s@!Yn|?  
    D?KLV _Op  
    &lzY"Y*hA0  
    If&))$7u  
    感兴趣的优化函数 zA#pgX[#  
    • 效率满足（>95%） *).  
    • 信噪比不满足（<30db） u>'0Xo9R  
    • 杂散光不满足（>5% $ .tT  
     ;~F* 2)  
    Xe4   
     !XTzsN  
    Id?-Og2i V  
    10. 后续IFTA优化后的结果 Y1 Ql_  
           ) 8xbc&M  
    .U{}N%S  
    ~BI`{/O=  
     =d;a1AO{&  
    )v(rEY  
    感兴趣的优化函数 (cVIjo+::  
    • 效率满足（>95%） )a^&7  
    • 信噪比满足（<30db） Aw7N'0K9UN  
    • 杂散光满足（<5%） Ox)<"8M  
    ^@x&n)nzP  
    11.总结 }oD^tU IK  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 x1~AY/)v  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 Ea4zC|;  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 CV[9i  
    • 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。 gPn0-)<  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 x}ZXeqt{ {  
     
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