设计和优化衍射光束整形元件来生成矩形高帽

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讯技casey 发表于 2024-11-6 08:39:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
1.简介

这个示例演示了一个典型的光束整形的任务。
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。

2.模拟任务

DOE:
相位型衍射
光束整形器
直径:2mmx2mm
形状:圆形
相位级次:16


image.png
3.建模任务:入射光场

高斯准直激光光束的光束参数

• 波长:632.8nm
• 激光光束直径(1/e2):1mm

image.png


4.建模任务:期望输出光场

期望输出场的参数=设计目标图样(DTP):

• FWHM-直径:0.5mm
• 边缘宽度:50um
• 效率:>95%
• 信噪比(SNR):>30dB
• 杂散光:<5%

image.png


5.设计方案

• 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)。
• 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)。


image.png

6. 衍射光束整形器会话编辑器

• 会话编辑帮助配置实际的设计和优化文档。
• 用户必须输入所需的信息
- 入射场
- 期望的输出场=设计目标图样(DTP)
- 系统参数
- 制造条件

image.png


7.设计过程



image.png

image.png

设计和优化过程由两步完成:
1. 基于几何光学进行一个初始的设计。
2. 基于迭代傅里叶传输算法(IFTA)进行后续的优化。


8.系统模拟
• 设计和优化后,IFTA文档可以计算感兴趣的优化函数。
• 同时可以生成相应光路图以用于整个系统的评估。
• 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。
• 然后用户可以任意修改系统,来进行进一步的分析。

image.png


9. 初始几何光学设计的结果

image.png

感兴趣的优化函数
• 效率满足(>95%)
• 信噪比不满足(<30db)
• 杂散光不满足(>5%


image.png


10. 后续IFTA优化后的结果

image.png
image.png


感兴趣的优化函数
• 效率满足(>95%)
• 信噪比满足(<30db)
• 杂散光满足(<5%)

11.总结
• VirtualLab Fusion允许设计,优化和分析衍射光束整形器。
• 用户可以使用辅助会话编辑器或者手动配置所有参数。
• 可以生成任意二维场分布,通常是高帽或线。
• 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。
• VirtualLab提供了一个结构设计编辑器以用于加工数据导出。

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