此案例演示了設計和優化衍射光學元件的（DOE）作為光擴散器，來生成矩形高帽圖樣。

 

1.建模任務

 

DOE：擴散器

直徑：1.4mm X 1.4mm

相位等級：2

像素尺寸：>1um

2.照明光束參數

? 波長：632.8nmm

? 激光光束直徑（1/e2）：700um

 

3.期望輸出場參數

? 直徑：1°

? 分辨率：≤0.03°

? 效率：>70%

? 雜散光：<20%

 

4.設計和優化方法
 

? VirtualLab Fusion可以使用不同的設計和優化方法。

? 對于此案例，迭代傅里葉變換算法（IFTA）用于設計和優化（DOE）期望的衍射光學元件。

 

5.配置方法

 

你可以

? 使用輔助會話編輯器，進行光學系統的設置并且配置優化和設計文檔。

? 或手動進行一切配置（更高級的方法）。

 

通過點擊Start→Diffractive Optics→Regular Shape Diffuser 看可以打開會話編輯器的開開始頁面。如下圖所示。

 

6.設置輸入光束參數

 

腰束和發散角的定義：1/e2 Waist Diameter，Divergence Full Angle。

 

設置波長為632.8nm，腰束直徑為700um。

 

7.光學系統

 

選擇光學系統為角譜（Angular Spectrum）。

 

光學系統周圍介質默認為空氣。

 

8.期望輸出場設置

 

維度設置為二維高帽（2D Top Hat），高帽（Top Hat）形狀設置為矩形（Rectangular Shape）。

 

9.參數確認過程中的提示

? 指定要創建光圖樣的期望光學分辨率。

? VirtualLab Fusion給出了一些有用的建議。

? 考慮到在相干照明下，光圖案由散斑組成。為了獲得清晰的期望光圖案，散斑尺寸應該小于光圖案的最小細節。

? 散斑大小由分辨率影響，但不能任意控制。

 

10.警告

出現以下情況，會出現紅色警告信息：

? 通告指定的光學系統，不能達到期望的分辨率。

? 光學系統將創建離散點，而不是散斑圖。

? 光學系統或指定分辨率并不能實現光圖案所有的細節。

 

單擊Optimize Resolution按鈕來幫忙調整系統參數。

 

11. 幫助改變參數

? 這個對話框會顯示分辨率是否適合典型的擴散器設計。

? 此處顯示設置沒有任何問題。

? 另外，通過這個工具，VirtualLab Fusion提供了某些確定選項以對參數進行調整，從而達到一個最佳的激光光束直徑和分辨比。

 

12.DOE透過率函數參數

 

? 自動計算擴散器透過率函數的像素大小和周期。

? 像素尺寸增量（Pixel Size Increment），指的是使用機器進行擴散器加工時像素尺寸可以改變的步尺寸以及定位精度。

? 專業用戶可能設置一個自定義像素尺寸。

 

13.設計和優化擴散器透過率函數

? 優化過的透過率函數典型的相位分布數據視圖（在視圖欄點擊φ）。

? 由于衍射擴散器的優化始于隨機相位，不同的優化過程會產生不同的透過率相位函數

 

14. 光路圖（LPD）的系統分析

 

15.總結

? VirtualLab Fusion提供易于使用的工具來設計和優化衍射光擴散器元件來生成矩形（擴散線或Top Hats）和任意光圖樣。

? 輔助設計步驟也使在衍射光學方面無經驗的光學工程師完成衍射光學元件的設計。