案例385（2.0）

關鍵字：大角度設計，補償，枕形，桶形，畸變，強度衰減，信號場準備，衍射光學元件，損耗，期望光目標圖案，迭代傅里葉變換算法

 

1. 建模描述

設計擴散器以在遠場生成高數值孔徑光圖案

? 光源參數：

— 高斯光源波長：532nm

— 根據最終的衍射光學元件選擇合適的直徑

? 系統參數：

— 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網格

— 光圖案期望分辨率：±0.5mm

（目標平面上相鄰衍射級次間的最小距離：?xTP=1mm（離軸））

— 目標圖案來源于文件

“Sc385_HighNA_DiffuserDesign_01_DesiredLightPattern.bmp”

? 衍射光學元件參數：

— 衍射元件的相位階數：4

 

2. 設計類型與步驟

 

遠場應用

優化衍射光學元件用以生成高數值孔徑角分布。

 

信息

衍射光學元件在波數域上生成一個角分布(kx，ky)。

 

設計步驟

A. 計算衍射光學元件的像素尺寸、周期和像元數。

B. 根據參數計算結果預先設置傅里葉迭代法優化文檔。

C. 根據靶面上期望的光強分布在波數域上生成一個具有預補償角的光分布，并作為設計目標圖形。可以類似的定義一個特定的優化范圍。

D. 傅里葉迭代法優化文件的最終設置(定義實際的設計目標圖案)。

A. 計算

1. 根據信號場沿x方向擴展的一個合理的初始值計算衍射光學元件的最小像素（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

該值重新計算對應的x’max SF值。

 

2. 計算衍射光學元件最大周期 pmax:

利用公式 

 

3. 計算衍射光學元件每個周期的像素數#s和近似給出采樣點數目#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的分辨率

 

B. 迭代傅里葉變換方法優化文件的預設置

 

C. 1 生成預補償信號場

? 根據目標平面上給出的空間光強分布，使用模塊Mod014在波數域計算一個角譜光強分布。

? 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化文件計算出來并以波數值表示（在迭代傅里葉變換方法文件中不勾選“使用角譜坐標”）。

 

C. 2 模塊設置

? 設計波長

? 衍射光學元件與目標平面間距離(需考慮角度要求)

 

C. 3 模塊設置

? 選擇擴散器模式

 

C. 4 模塊設置

 

? 采樣點自動適應選擇

? 采樣距離取自傅里葉迭代算法優化文件

? 視場角以波數坐標形式表示kx，ky

 

C. 5 利用模塊補償

 

D. 在傅里葉迭代算法優化文檔中定義DTP

在IFTA優化文檔中，生成的預補償DTP作為期望輸出場。

 

3. 衍射光學元件設計最終的仿真結果

 

 

4. 總結

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

? 典型的不希望的效應：

— 幾何畸變

— 強度衰減

都可被完全地補償。