案例97.01

 

此案例演示了如何設計一個衍射光束整形器來將高斯激光束重塑到donut模式。
 

1.建模任務

 

建議在開始這個案例之前，完成案例LBS.001 

 

照明光束參數

 

波長：632.8nm

激光光束直徑（1/e2）：1mm

 

期望輸出場參數

直徑：0.5mm

效率：>95%

SNR：>30dB

 

2. 生成Donut模式

 

? Source→Basic Source Models→Gaussian Wave對話框可以用于生成donut模式。

? 模式系統必須選擇Laguerre Gaussian Mode。

? 模式級次必須設置為（0×1）。

 

3. 生成設計文檔

? 點擊Start→Diffractive Optics→Diffractive Beam Shaper...來生成設計文檔。

? 將入射場和信號場還有所有參數設置如左圖。

 

4.設計文檔

? 第一步，使用幾何光束整形方法來計算光束整形透過率函數。

? 分離類型選為旋轉對稱。

 

5. 光束整形傳輸

? 光束整形的透過率函數可以由幾何光學方法來計算。

? 透過率函數作為波動光學優化的起點。

? 若在透過率函數中心添加一個渦旋相位，將增加donut模式的焦點深度和對比度。

 

6. 生成相位渦旋

 

? 相位渦旋可以通過Functions→Single Phase Dislocation菜單選項生成。

? 將相位渦旋的孔徑直徑與透過率函數的直徑一致。

? 光束整形器透過率函數的采樣參數可以在設計文檔的“Specification”頁面找到。

? 透過率函數的直徑由采樣點數量乘以采樣距離生成。

相位渦旋必須在中心。



相位渦旋的采樣點的距離必須等于光束整形器透過率函數的采樣距離（參見設計文檔）。

 

5. 波動光學優化的傳輸

 

? 幾何光束整形器透過率函數與渦旋相位透相乘之后得到修改后的透過率函數。

? 相位渦旋將在激光光束上“鉆”一個洞。

      

7.設置透過率函數

 

? 使用“Set”按鈕來修改后的透過率函數設置為初始透過率函數。

? 這個透過率函數將用于進一步波動光學優化。

 

8.由IFTA進行優化

? 將透過率函數類型轉換為“Quantized Phase-Only”。

? 輸入相位級次

? 選擇迭代傅里葉變換算法（IFTA）來優化。

? 禁用生成一個初始透過率函數并調整迭代步數。 

? 可以通過單擊“Configure”按鈕禁用優化函數的日志記錄。

 

9.光路圖

 

? 在光路圖中設置優化后的光束整形器透過率函數來分析系統。

 

10.設計結果

   

 

11.結論

? VirtualLab Fusion允許設計衍射光束整形器。

? 可以生成Donut模式。

? 一個在光束整形元件中心的相位渦旋幫助增大生成的donut模式焦點的對比度和深度。