摘要:这个案例分析了由衍射扩散器元件实现的单色准分子
激光光束的均匀化,最终生成一个圆形高帽。
'{~ej: %mJ)pMV 1.建模任务 "/=xu| o%iTYR:x 5{[0Clb) 2.光源参数 wz=I+IN: ySZ)yT
P{ o/F [d}1Cq=_ bx>D •
LED模型:Gaussian Type Planar Source(高斯型平面
光源)
^S@b* • 光源平面直径:100μm×100μm
d0d2QRX • 空间相干长度:3μm×3μm
I`l<}M • 相应的发散角(HWHM):~0.89×0.89°
;'urt / •
波长:351nm
O!jCQ{ T :gn!3P}p? 3. 衍射扩散器透过率函数 r+2dBp3 jLg4_N1SD 4!wfh)Z 一个衍射匀光元件,可以使用一个具有如下技术参数的衍射扩散器透过率函数来模拟:
inPGWG K] • Phase-Only元件
|BR&p)7) • 采样距离:5μm
[LK
9^/V • 大小:640μm×640μm
j<u`W|vl • 相位级:8
f32nO • 生成的目标模式:圆形高帽
Rh|&{Tf 4T"P#)z
3$TpI5A cD]t%`* 4. 光源的辐射特性 IN"qJ3<k tQ"PCm
}j
x{Cw 光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
FK>rc3 q • 发散角
n$>H } #q • 空间相干长度
(Y%}N(Jg • 或模式的腰束半径。
Im2g2] ` $}[np|
hk(^?Fp ev`p!p 5. 空间扩展光源建模 TSeAC[%pL \%#jT GFs~ F -m1GG0s • Gaussian Type Planar Source通过数个相同的横向偏移高斯模式,在光源的出射面以非相干的形式来模拟一个部分相干光源。
h4U .wk • 对于这个案例,最终使用了11x11个足够多的横向模式来模拟光源。
umciP NW$Z}?I
Mppb34y 6.系统:光路图(LPD) aX!J0&3 • 在光源和扩散器元件之间,放置了一个
焦距为20mm的理想
透镜以用于光源的准直。
2ma.zI@^u9 • 衍射扩散器元件由Stored (Transmission) Function(存储(透过率)函数)表示,在此设置所设计的衍射扩散器的数据。
O1QHG'00 • 这个元件的设计和
优化由衍射
光学工具箱(Diffractive Optics Toolbox)完成。
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C$ aDs[\'
7J\I%r %tpjy, 7. 存储透过率函数 ?U&onGy
bR.T94-8y
xf |=n Bi]%bl>% • 对于规律的量化相位透过率函数,可以用存储函数元件中的缩放因子来模拟可能产生的加工偏差。
9.<$&mVk7` A\:M}D-( 8. 生成的谐波场集(光视图) H&I0\upd |@ia(U~ 7l?-2I'c • 模拟结束后将返回一组谐波场集(HFS),其包含了目标平面上不同模式的电场复振幅分布。
%"o4IYV# • HFS的相邻光视图显示了所有模式的 叠加。
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$OmtN" ^#;2 Pd> 9. 生成的谐波场集(数据视图) 0&<{o!>k p!=/a)4X
aXwFQ, h)sc-e % 30&6 " • 数据视图分别显示了每个模式。
.iw+# • 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
y2)~ljR • 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加,因此散斑会消失,并获得均匀化效果。
Hc}(+wQN% Xf:-K(%e 10.评估价值函数 =r`>tWs
8L0#<"'0
P'zA=Rd&~> 9n1O@~ 为了评估所获得的圆形平顶光束的质量,使用了两个可编程探测器来计算其参数:
</7J:# • 一致性误差和
\SyfEcSf2v • 窗口效率
?'^xO: 在定义区域内对高帽进行分析。
Dzb@H$BQ7 zvE]4}VL? 11.评估的不同区域 "zfy_h
!s5 _JO
(.Sj"6+ k: D<Q 12. 存储谐波场集 J-b
Z`)[Q }{HlY?S ZfoI7<?33 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
@r=O~x 由于谐波场集可能包含上百种模式,那么数据量对RAM内存来说可能会太大。
MK,#"Ty}zK 对于这样的情况,VirtualLab Fusion允许用户或者进行一个标准的设置,或者明确指定一个确定的谐波场的数据存储位置(在RAM或者硬盘中)。
zoA]7pG- iWO16=
!M\8k$#"n `N;JM3 ck 13. 临时文件的存放位置 E<Efxb'p (zte 'F4 7iT#dpF/A 基于模式的数量和每个模式采样点的数量,则要求大量的硬盘空间来存储单个谐波场集。
_>0I9.[5 可以通过File菜单→Global Options→Other 设置来改变存放临时文件的硬盘目录。
*}Vg]3$4 建议硬盘空间超过100GB。
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ZE#A?5lb
s@V4ny9x 5@6F8:x}V 14.结果 l 'm!e '7_ 0.qnbDw_
Xnpw'<~X K8daSvc 结果(左上图:单模;右上图:所有11×11模式)灰度图,根据线性强度探测器。
274F+X 邻近的数值探测器结果。
OjFB_
N =wtu 15.模拟结果 ^|gD;OED7O s$s~p
+U
y38x^fuYJ~ 16.总结 Z0 @P1 • VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
IN~Q(A]Z% • 通过使用许多不同的图形和数值评估,可以对一个均匀化
系统(如使用衍射扩散器)进行一个非常有效且有益的分析。