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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。 {nMCU{*k  
    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。 &})Zqc3Lqk  
    LfvNO/:,  
    2．模拟任务 5mX"0a_Q  
    *+%$OH,  
    gb=tc`  
    DOE： DfjDw/{U3L  
    相位型衍射 BPSi e0  
    光束整形器 YF(bl1>YC  
    直径：2mmx2mm m 0]1(\%  
    形状：圆形 *XI- nH  
    相位级次：16     Y,m=&U  
    8&:dzS  
    t(99m=9>  
    3.建模任务：入射光场 S;" $02]  
    79 \SbB  
    !KtP> `8  
    高斯准直激光光束的光束参数 )_kU,RvZ  
    !jg< S>S5  
    • 波长：632.8nm IN@ =UAc&  
    • 激光光束直径（1/e2）：1mm XzW\p8D^u  
    je74As[  
    ^YB3$:@$U  
     8w ]'U  
    4.建模任务：期望输出光场 m0*_  
    O{Z bpa^  
    0pBG^I`_  
    期望输出场的参数=设计目标图样（DTP）: bwK1XlfD.s  
    *iUR1V Y  
    • FWHM-直径：0.5mm ft$ 'UJ% j  
    • 边缘宽度：50um :m0 pm@  
    • 效率：>95% $*j)ey>  
    • 信噪比（SNR）：>30dB +;a\ gF^  
    • 杂散光：<5% b~;M&Y  
    7-}/{o*,5  
     p[%B#(]9,  
    fS4 Ru  
    5.设计方案 -yMD9b  
    Np?/r}  
    eMjW^-RgE5  
    • VirtualLab Fusion的衍射光学工具箱提供不同的辅助会话的编辑器来设计光操控元件-主要是衍射光学元件（DOEs）。 iwfH~  
    • 对于当前案例，我们使用衍射光束整形器会话编辑器（Diffractive Beam Shaper session editor）。 Lw6}b B`}  
    8Ib5  
    )5x,-m@  
     W3xObt3w\  
    6. 衍射光束整形器会话编辑器 /< \do 1  
     gFxaUrZA  
    Cp]q>lM"  
    • 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。 ~Dj_N$_+9  
    • 用户必须输入所需的信息 O/ZyWT  
    - 入射场 ?V})2wwP  
    - 期望的输出场=设计目标图样（DTP） u:>*~$f   
    - 系统参数 \7q>4[  
    - 制造条件 m</nOf+C  
    \P9HAz'6  
     R-5e9vyS  
    {&h=  
    7.设计过程 Tl*FK?)MC^  
    _'P!>C!  
    %M-B"#OB7  
    Lu~M=Fh  
    Gl5W4gW;&  
    88+J(^y>  
    =mh)b]].4\  
    设计和优化过程由两步完成： !{4bC  
    1. 基于几何光学进行一个初始的设计。 v H vwH  
    2. 基于迭代傅里叶传输算法（IFTA）进行后续的优化。 bdr !|WZ  
     P26YJMJ'  
    8.系统模拟 Zc*gRC  
    • 设计和优化后，IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。 lR3JyYY{X  
    • 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。 5OX5\#Ux  
    • 可以通过光路编辑器（Light Path Editor）的工具（Tools）按钮将这个衍射光学工具箱光路图（Diffractive Optics Toolbox LPD）转换成基本工具箱中的光路图以用于进一步的评估，如下图所示。 ysQ8==`38i  
    • 然后用户可以任意修改系统，来进行进一步的分析。 D4ud|$s1  
    %I;iP|/  
     sme!!+Rd  
    0& ?/TSC  
    9. 初始几何光学设计的结果 Z#062NL "  
    B#(2,j7M  
    lof}isOz  
    }aa ~@K<A  
    #'Lt_Yf!  
    感兴趣的优化函数 fAV=O%^  
    • 效率满足（>95%） c>e~$b8  
    • 信噪比不满足（<30db） FrD,)Ad8Q  
    • 杂散光不满足（>5% u6BLhyS  
     6IC/~Woghx  
    vq*)2.  
    &B>YiA  
    UZqk2D  
    10. 后续IFTA优化后的结果 @|J+ f5O  
           ue#Y h  
    F#$[jh$  
    C6(WnO{6  
     cdfvc0  
    C!aK5rqhv  
    感兴趣的优化函数 >L>t$1hXM  
    • 效率满足（>95%） Ga} &%  
    • 信噪比满足（<30db） p;m2RHYF  
    • 杂散光满足（<5%） @}@J$ g  
    -g]g  
    11.总结 N HL{.8L{  
    • VirtualLab Fusion允许设计，优化和分析衍射光束整形器。 5KFd/9  
    • 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。 b_T?jCyW  
    • 可以生成任意二维场分布，通常是高帽或线。 SmYY){AQ/  
    • 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。 |,Xrt8O/[  
    • VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。 1V37% D  
     
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