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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 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。 'Z(KE2&?  
    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。 8+HXGqcv  
    nitKX.t8  
    2．模拟任务 |;~kHc$W  
    D hN{Y8'~  
    j#}wg`P"A  
    DOE： I4[sf  
    相位型衍射  rG#o*oA  
    光束整形器 $1aJdZC7  
    直径：2mmx2mm %2H0JXKa,  
    形状：圆形 Hz?C9q3BX  
    相位级次：16     <ttrd%VW  
    3X &'hz@  
    /INjP~C  
    3.建模任务：入射光场 MK"p~b0->  
    R^v-%mG9  
    ,]A|z ~q  
    高斯准直激光光束的光束参数 y {&"g  
    9%{V?r]k  
    • 波长：632.8nm I&2)@Zw  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm #6fQ$x(F#j  
    $w,O[PIi  
    ua!i3]18  
     f*Z8C9)  
    4.建模任务：期望输出光场 v'0WE  
    caG5S#8-"  
    $#z ` R;  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: c(@(j8@S  
    Fe r&X  
    • FWHM-直径：0.5mm SRU }-  
    • 边缘宽度：50um [-ONs  
    • 效率：>95% %4bGI/\/  
    • 信噪比（SNR）：>30dB 9i6z  p'  
    • 杂散光：<5% wwvS05=[T  
    71S~*"O0f  
     L1H k[j]X|  
    dBWi1vTF  
    5.设计方案 ILN Yh3  
    L<7KmN4VX  
    `;`fA|F^  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 k?!CJ@5$  
    • 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）。 JWh5gOXd  
    "b~-`ni  
    U4$}8~o4  
     `G@(Z:]f,t  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 .eBo:4T!d  
     !iNN6-v%  
    [Sj _=  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 !7rk>YrY  
    • 用户必须输入所需的信息 .RazjXAY  
    - 入射场 0Z.X;1=  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） o4.?m6d  
    - 系统参数 !#NGGIp;  
    - 制造条件 EDDld6O,  
    6E^h#Ozl 9  
     ydZS^BqG  
     ~ERA  
    7.设计过程 {uCX F~v  
    &.v|yG]&  
    3+<f7  
    'K!u}py  
    \kR:GZ`{UV  
    >s%&t[r6  
    L*(!P4S%}  
    设计和优化过程由两步完成： za,JCI  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 I)(@'^)  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 JK%UaEut=  
     *3!#W|#=]N  
    8.系统模拟 }J^+66{  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 -f-@[;D  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 6)]zt  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 s7Z+--I)L  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 S^c; i  
    )N'-A p$g  
     `Eg~;E:  
    pba`FC4R  
    9. 初始几何光学设计的结果 ;irAq|  
    6k=*O|r  
    o>l/*i0I  
    lf9mdbm  
    N51e.;  
    感兴趣的优化函数 q; ?Kmk  
    • 效率满足（>95%） my}l?S[2d@  
    • 信噪比不满足（<30db） )*`cJ_t  
    • 杂散光不满足（>5% P+Q}bTb8  
     4/N{~  
    +H  SKFp  
    &&>Tfzh  
    jU}iQM  
    10. 后续IFTA优化后的结果 (7*((  
           2[X\*"MQ2  
    EEp~\^ -  
    Q3'L\_1L  
     ?ZAynZF|#  
    K[^BRn  
    感兴趣的优化函数 ([ODmZHv  
    • 效率满足（>95%） G6XDPr:}  
    • 信噪比满足（<30db） 9>-]*7  
    • 杂散光满足（<5%） MC~<jJ,  
    :>*0./hG  
    11.总结 O!k C  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 Yl`)%6'5|  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 9YvK<i&I  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 @=6*]:p2.  
    • 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。 O gtrp)x9  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。  V$fn$=  
     
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