此案例演示了設(shè)計(jì)和優(yōu)化衍射光學(xué)元件的（DOE）作為光擴(kuò)散器，來(lái)生成矩形高帽圖樣。

 

1.建模任務(wù)

 

DOE：擴(kuò)散器

直徑：1.4mm X 1.4mm

相位等級(jí)：2

像素尺寸：>1um

2.照明光束參數(shù)

?波長(zhǎng)：632.8nmm

?激光光束直徑（1/e2）：700um

 

3.期望輸出場(chǎng)參數(shù)

?直徑：1°

?分辨率：≤0.03°

?效率：>70%

?雜散光：<20%

 

4.設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法

 

?VirtualLab Fusion可以使用不同的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法。

?對(duì)于此案例，迭代傅里葉變換算法（IFTA）用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化（DOE）期望的衍射光學(xué)元件。

 

5.配置方法

 

你可以

?使用輔助會(huì)話編輯器，進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)置并且配置優(yōu)化和設(shè)計(jì)文檔。

?或手動(dòng)進(jìn)行一切配置（更高級(jí)的方法）。

 

通過(guò)點(diǎn)擊Start→Diffractive Optics→Regular Shape Diffuser 看可以打開(kāi)會(huì)話編輯器的開(kāi)開(kāi)始頁(yè)面。如下圖所示。

 

6.設(shè)置輸入光束參數(shù)

 

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

 

設(shè)置波長(zhǎng)為632.8nm，腰束直徑為700um。

 

7.光學(xué)系統(tǒng)

 

選擇光學(xué)系統(tǒng)為角譜（Angular Spectrum）。

 

光學(xué)系統(tǒng)周?chē)橘|(zhì)默認(rèn)為空氣。

 

8.期望輸出場(chǎng)設(shè)置

 

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

 

9.參數(shù)確認(rèn)過(guò)程中的提示

?指定要?jiǎng)?chuàng)建光圖樣的期望光學(xué)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(yīng)該小于光圖案的最小細(xì)節(jié)。

?散斑大小由分辨率影響，但不能任意控制。

 

10.警告

出現(xiàn)以下情況，會(huì)出現(xiàn)紅色警告信息：

?通告指定的光學(xué)系統(tǒng)，不能達(dá)到期望的分辨率。

?光學(xué)系統(tǒng)將創(chuàng)建離散點(diǎn)，而不是散斑圖。

?光學(xué)系統(tǒng)或指定分辨率并不能實(shí)現(xiàn)光圖案所有的細(xì)節(jié)。

 

單擊Optimize Resolution按鈕來(lái)幫忙調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。

 

11. 幫助改變參數(shù)

?這個(gè)對(duì)話框會(huì)顯示分辨率是否適合典型的擴(kuò)散器設(shè)計(jì)。

?此處顯示設(shè)置沒(méi)有任何問(wèn)題。

?另外，通過(guò)這個(gè)工具，VirtualLab Fusion提供了某些確定選項(xiàng)以對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到一個(gè)最佳的激光光束直徑和分辨比。

 

12.DOE透過(guò)率函數(shù)參數(shù)

 

?自動(dòng)計(jì)算擴(kuò)散器透過(guò)率函數(shù)的像素大小和周期。

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

?專(zhuān)業(yè)用戶(hù)可能設(shè)置一個(gè)自定義像素尺寸。

 

13.設(shè)計(jì)和優(yōu)化擴(kuò)散器透過(guò)率函數(shù)

?優(yōu)化過(guò)的透過(guò)率函數(shù)典型的相位分布數(shù)據(jù)視圖（在視圖欄點(diǎn)擊φ）。

?由于衍射擴(kuò)散器的優(yōu)化始于隨機(jī)相位，不同的優(yōu)化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不同的透過(guò)率相位函數(shù)

 

14. 光路圖（LPD）的系統(tǒng)分析

 

15.總結(jié)

?VirtualLab Fusion提供易于使用的工具來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化衍射光擴(kuò)散器元件來(lái)生成矩形（擴(kuò)散線或Top Hats）和任意光圖樣。

?輔助設(shè)計(jì)步驟也使在衍射光學(xué)方面無(wú)經(jīng)驗(yàn)的光學(xué)工程師完成衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)。

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