案例97.01

 

此案例演示了如何設(shè)計(jì)一個(gè)衍射光束整形器來(lái)將高斯激光束重塑到donut模式。

 

1.建模任務(wù)

 

建議在開始這個(gè)案例之前，完成案例LBS.001 

 

照明光束參數(shù)

 

波長(zhǎng)：632.8nm

激光光束直徑（1/e2）：1mm

 

期望輸出場(chǎng)參數(shù)

直徑：0.5mm

效率：>95%

SNR：>30dB

 

2. 生成Donut模式

 

?Source→Basic Source Models→Gaussian Wave對(duì)話框可以用于生成donut模式。

?模式系統(tǒng)必須選擇Laguerre Gaussian Mode。

?模式級(jí)次必須設(shè)置為（0×1）。

 

3. 生成設(shè)計(jì)文檔

?點(diǎn)擊Start→Diffractive Optics→Diffractive Beam Shaper...來(lái)生成設(shè)計(jì)文檔。

?將入射場(chǎng)和信號(hào)場(chǎng)還有所有參數(shù)設(shè)置如左圖。

 

4.設(shè)計(jì)文檔

?第一步，使用幾何光束整形方法來(lái)計(jì)算光束整形透過(guò)率函數(shù)。

?分離類型選為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。

 

5. 光束整形傳輸

?光束整形的透過(guò)率函數(shù)可以由幾何光學(xué)方法來(lái)計(jì)算。

?透過(guò)率函數(shù)作為波動(dòng)光學(xué)優(yōu)化的起點(diǎn)。

?若在透過(guò)率函數(shù)中心添加一個(gè)渦旋相位，將增加donut模式的焦點(diǎn)深度和對(duì)比度。

 

6. 生成相位渦旋

 

?相位渦旋可以通過(guò)Functions→Single Phase Dislocation菜單選項(xiàng)生成。

?將相位渦旋的孔徑直徑與透過(guò)率函數(shù)的直徑一致。

?光束整形器透過(guò)率函數(shù)的采樣參數(shù)可以在設(shè)計(jì)文檔的“Specification”頁(yè)面找到。

?透過(guò)率函數(shù)的直徑由采樣點(diǎn)數(shù)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(diǎn)的距離必須等于光束整形器透過(guò)率函數(shù)的采樣距離（參見設(shè)計(jì)文檔）。

 

5. 波動(dòng)光學(xué)優(yōu)化的傳輸

 

?幾何光束整形器透過(guò)率函數(shù)與渦旋相位透相乘之后得到修改后的透過(guò)率函數(shù)。

?相位渦旋將在激光光束上“鉆”一個(gè)洞。

    

7.設(shè)置透過(guò)率函數(shù)

 

?使用“Set”按鈕來(lái)修改后的透過(guò)率函數(shù)設(shè)置為初始透過(guò)率函數(shù)。

?這個(gè)透過(guò)率函數(shù)將用于進(jìn)一步波動(dòng)光學(xué)優(yōu)化。

 

8.由IFTA進(jìn)行優(yōu)化

?將透過(guò)率函數(shù)類型轉(zhuǎn)換為“Quantized Phase-Only”。

?輸入相位級(jí)次

?選擇迭代傅里葉變換算法（IFTA）來(lái)優(yōu)化。

?禁用生成一個(gè)初始透過(guò)率函數(shù)并調(diào)整迭代步數(shù)。 

?可以通過(guò)單擊“Configure”按鈕禁用優(yōu)化函數(shù)的日志記錄。

 

9.光路圖

 

?在光路圖中設(shè)置優(yōu)化后的光束整形器透過(guò)率函數(shù)來(lái)分析系統(tǒng)。

 

10.設(shè)計(jì)結(jié)果

  

 

11.結(jié)論

?VirtualLab Fusion允許設(shè)計(jì)衍射光束整形器。

?可以生成Donut模式。

?一個(gè)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(diǎn)的對(duì)比度和深度。