案例385（2.0）

關(guān)鍵字：大角度設(shè)計，補(bǔ)償，枕形，桶形，畸變，強(qiáng)度衰減，信號場準(zhǔn)備，衍射光學(xué)元件，損耗，期望光目標(biāo)圖案，迭代傅里葉變換算法

 

1.建模描述

設(shè)計擴(kuò)散器以在遠(yuǎn)場生成高數(shù)值孔徑光圖案

?光源參數(shù)：

—高斯光源波長：532nm

—根據(jù)最終的衍射光學(xué)元件選擇合適的直徑

?系統(tǒng)參數(shù)：

—衍射元件到屏幕距離：z=0.5m

?輸出場要求：

—期望光圖案：1.0m×0.5m網(wǎng)格

—光圖案期望分辨率：±0.5mm

（目標(biāo)平面上相鄰衍射級次間的最小距離：?xTP=1mm（離軸））

—目標(biāo)圖案來源于文件

“Sc385_HighNA_DiffuserDesign_01_DesiredLightPattern.bmp”

?衍射光學(xué)元件參數(shù)：

—衍射元件的相位階數(shù)：4

 

2.設(shè)計類型與步驟

 

遠(yuǎn)場應(yīng)用

優(yōu)化衍射光學(xué)元件用以生成高數(shù)值孔徑角分布。

 

信息

衍射光學(xué)元件在波數(shù)域上生成一個角分布(kx，ky)。

 

設(shè)計步驟

A.計算衍射光學(xué)元件的像素尺寸、周期和像元數(shù)。

B.根據(jù)參數(shù)計算結(jié)果預(yù)先設(shè)置傅里葉迭代法優(yōu)化文檔。

C.根據(jù)靶面上期望的光強(qiáng)分布在波數(shù)域上生成一個具有預(yù)補(bǔ)償角的光分布，并作為設(shè)計目標(biāo)圖形。可以類似的定義一個特定的優(yōu)化范圍。

D.傅里葉迭代法優(yōu)化文件的最終設(shè)置(定義實際的設(shè)計目標(biāo)圖案)。

A. 計算

1.根據(jù)信號場沿x方向擴(kuò)展的一個合理的初始值計算衍射光學(xué)元件的最小像素（特征）尺寸(此處xmax SF僅有0.75m):

將此值近似到一個可加工尺寸 (?x’DOE)以兼顧制造者加工過程中對于位置增加以及最小特征尺寸的加工能力。此處近似后，?x’DOE=320nm。根據(jù)

該值重新計算對應(yīng)的x’max SF值。

 

2.計算衍射光學(xué)元件最大周期 pmax:

利用公式 

 

3.計算衍射光學(xué)元件每個周期的像素數(shù)#s和近似給出采樣點(diǎn)數(shù)目#s’。例如#s’=2355

 

4.計算可得到的最大衍射角(用’表示)

 

5.計算獲得的軸上輸出光強(qiáng)的分辨率

 

B.迭代傅里葉變換方法優(yōu)化文件的預(yù)設(shè)置

 

C.1 生成預(yù)補(bǔ)償信號場

?根據(jù)目標(biāo)平面上給出的空間光強(qiáng)分布，使用模塊Mod014在波數(shù)域計算一個角譜光強(qiáng)分布。

?必須在模塊對話框中輸入采樣距離，采樣距離可通過迭代傅里葉變換方法優(yōu)化文件計算出來并以波數(shù)值表示（在迭代傅里葉變換方法文件中不勾選“使用角譜坐標(biāo)”）。

 

C.2 模塊設(shè)置

?設(shè)計波長

?衍射光學(xué)元件與目標(biāo)平面間距離(需考慮角度要求)

 

C.3 模塊設(shè)置

?選擇擴(kuò)散器模式

 

C.4 模塊設(shè)置

 

?采樣點(diǎn)自動適應(yīng)選擇

?采樣距離取自傅里葉迭代算法優(yōu)化文件

?視場角以波數(shù)坐標(biāo)形式表示kx，ky

 

C.5 利用模塊補(bǔ)償

 

D.在傅里葉迭代算法優(yōu)化文檔中定義DTP

在IFTA優(yōu)化文檔中，生成的預(yù)補(bǔ)償DTP作為期望輸出場。

 

3.衍射光學(xué)元件設(shè)計最終的仿真結(jié)果

 

 

4.總結(jié)

?VirtualLab 軟件為用戶提供了更便于使用的設(shè)計工具，用于設(shè)計生成大角度光圖形的大數(shù)值孔徑衍射光學(xué)元件。

?典型的不希望的效應(yīng)：

—幾何畸變

—強(qiáng)度衰減

都可被完全地補(bǔ)償。