衍射分束器設計的案例
高數值孔徑衍射分束器設計
總結
? VirtualLab Fusion 可用于設計高數值孔徑衍射分束器和擴散器
? 模塊Mod014可用于補償產生的點圖變形和強度調制。
? 值得注意的是，余下的強度調制是由于利用IFTA設計的最終衍射元件存在的一致性誤差導致的。
? 此外，高數值孔徑分束器衍射元件的特征尺寸是波長量級。因此我們推薦使用傅里葉模態法(FMM)對此案例中所獲得的結構進行一個嚴格的分析和更進一步的優化。詳細信息可查閱案例570。
[VirtualLab] 非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
模擬與設置：工具簡介與整體流程概覽
連接建模技術：衍射光束分束器
通過配置助手和IFTA進行相位設計
將傳輸函數轉化為結構
衍射光束分束器表面
衍射光束求解器 - TEA & FMM
光柵級數 & 可編程光柵分析器
設計與評估結果：
? 相位函數設計
? 結構設計
? TEA 評估
? FMM 評估
? 高度縮放檢查（用于優化/容限）
僅相位傳輸設計
結構設計
使用TEA進行性能評估
使用FMM進行性能評估
進一步的分析（優化后，容差分析）
進一步優化 - 調整設計#1的零階
進一步優化 - 調整設計#2的零階
進一步優化 - 調整設計#3的零階
展開 非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
展開 VirtualLab：非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
模擬與設置：工具簡介與整體流程概覽
連接建模技術：衍射光束分束器
通過配置助手和IFTA進行相位設計
將傳輸函數轉化為結構
衍射光束分束器表面
衍射光束求解器 - TEA & FMM
光柵級數 & 可編程光柵分析器
設計與評估結果：
? 相位函數設計
? 結構設計
? TEA 評估
? FMM 評估
? 高度縮放檢查（用于優化/容限）
僅相位傳輸設計
結構設計
使用TEA進行性能評估
使用FMM進行性能評估
進一步的分析（優化后，容差分析）
進一步優化 - 調整設計#1的零階
進一步優化 - 調整設計#2的零階
進一步優化 - 調整設計#3的零階
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非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
展開 VirtualLab之非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
模擬與設置：工具簡介與整體流程概覽
連接建模技術：衍射光束分束器
通過配置助手和IFTA進行相位設計
將傳輸函數轉化為結構
衍射光束分束器表面
衍射光束求解器 - TEA & FMM
光柵級數 & 可編程光柵分析器
設計與評估結果：
? 相位函數設計
? 結構設計
? TEA 評估
? FMM 評估
? 高度縮放檢查（用于優化/容限）
僅相位傳輸設計
結構設計
使用TEA進行性能評估
使用FMM進行性能評估
進一步的分析（優化后，容差分析）
進一步優化 - 調整設計#1的零階
進一步優化 - 調整設計#2的零階
進一步優化 - 調整設計#3的零階
展開 VirtualLab：非傍軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
非傍軸衍射光束分束器的直接設計仍然是一個挑戰。由于衍射角度相當大，元件的特征尺寸與光的波長相近。因此，通常使用的傍軸建模方法變得不準確，需要嚴格的技術。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）被用于衍射光學元件（DOE）的初步設計，并且之后使用傅里葉模式方法（FMM）也稱為嚴格耦合波分析（RCWA）進行嚴格的性能評估，包括在高度變化的情況下對優點函數變化的研究。
任務
? 使用傍軸近似（TEA）進行衍射1:7×7光束分束器的初步設計，用于結構設計部分。
? 使用嚴格分析（FMM/RCWA）對性能進行分析和進一步優化，以提高均勻性并評估零階的影響。
展開 非近軸衍射分束器的設計與優化
衍射分束器能夠通過預先設置的功率比值將單束激光分割成多束，廣泛應用于激光材料加工和光學計量等領域。但是由于非近軸、高數值孔徑分束和衍射角所需的特征尺寸較小，這種器件的設計和優化可能具有難度。VirtualLab Fusion為光學工程師提供了幾個工具來幫助他們完成這項任務。
為了說明一般工作流程，我們展示了兩個案例：在第一個案例中，我們采用迭代傅里葉變換算法(IFTA)和基于薄元近似（TEA）的結構設計生成一系列分束器的初始設計，然后通過傅里葉模態法或嚴格耦合波分析(FMM/RCWA)進一步優化。為了給最后一個優化步驟定義一個合適和有效的優化函數，應用了可編程光柵分析器。第二個示例更詳細地介紹了這一部分。
非近軸衍射分束器的嚴格分析
采用傅里葉模態法(FMM)對非近軸衍射分束器進行了嚴格的評價，該方法最初采用迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元近似算法(TEA)進行設計。
高數值孔徑分束器優化與用戶定義的優化函數
這個應用案例演示了如何定義和使用用戶自定義優化函數，用于評估和優化衍射高數值孔徑分束器的衍射級次效率。
展開 非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是很困難的。由于有相對較大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波長。因此，它通常超出近軸建模方法的范圍。在此示例中，將迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元結構的初始設計，然后將傅里葉模態法（FMM）應用于嚴格的性能評估。
設計任務
純相位傳輸的設計
使用迭代傅立葉變換算法（IFTA）進行純相位傳輸設計。
結構設計
在近軸假設下使用薄元近似（TEA）進行結構設計。
使用TEA進行性能評估
在近軸假設下使用TEA進行評估，即與設計方法相同
使用傅里葉模態法進行性能評估
使用嚴格的FMM進行評估以檢查非近軸情況下的實際性能。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
展開 非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
直接設計非近軸衍射分束器仍然是很困難的。由于有相對較大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波長。因此，它通常超出近軸建模方法的范圍。在此示例中，將迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元結構的初始設計，然后將傅里葉模態法（FMM）應用于嚴格的性能評估。
摘要
非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是很困難的。由于有相對較大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波長。因此，它通常超出近軸建模方法的范圍。在此示例中，將迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元結構的初始設計，然后將傅里葉模態法（FMM）應用于嚴格的性能評估。
設計任務
純相位傳輸的設計
使用迭代傅立葉變換算法（IFTA）進行純相位傳輸設計。
結構設計
在近軸假設下使用薄元近似（TEA）進行結構設計。
使用TEA進行性能評估
在近軸假設下使用TEA進行評估，即與設計方法相同
使用傅里葉模態法進行性能評估
使用嚴格的FMM進行評估以檢查非近軸情況下的實際性能。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
展開 
非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是很困難的。由于有相對較大的分束角，元件的特征尺寸一般等于或小于工作波長。因此，它通常超出近軸建模方法的范圍。在此示例中，將迭代傅里葉變換算法（IFTA）和薄元件近似（TEA）用于衍射元結構的初始設計，然后將傅里葉模態法（FMM）應用于嚴格的性能評估。
設計任務
純相位傳輸的設計
使用迭代傅立葉變換算法（IFTA）進行純相位傳輸設計。
結構設計
在近軸假設下使用薄元近似（TEA）進行結構設計。
使用TEA進行性能評估
在近軸假設下使用TEA進行評估，即與設計方法相同
使用傅里葉模態法進行性能評估
使用嚴格的FMM進行評估以檢查非近軸情況下的實際性能。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
進一步優化–零階調整
無需任何假設即可使用FMM直接進行結構優化。
展開 VirtualLab Fusion應用：非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰。由于衍射角相當大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數量級上。因此，設計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始設計結構，和傅里葉模態方法(FMM)隨后應用于嚴格的性能評估。
設計任務
使用近軸近似的衍射1：7×7分束器的初步設計，通過嚴格分析，進一步優化零階均勻性和影響
光柵級次分析模塊設置
使用常規的分束器會話2編輯器，VirtualLabFusion提供了一個指導工具，允許用戶一步一步地指定所有影響分束器設計的參數。
1.通過應用設計帶中的結構設計，所得到的傳輸函數可以轉換為結構輪廓。
2.對于此轉換，使用了薄元近似(TEA)。因此，所得到的結構與初始相位函數成正比。
3.VirtualLab Fusion提供計算出的形式已經預設在光路中。
4.要在不同的模擬場景中使用這種結構，需要從組件內部獲取實際的采樣表面或指定的堆棧。
衍射分束器表面
為了進一步評估，使用了通用光柵光學設置，其中加載之前保存的堆棧。光柵光學裝置提供了獨特的工具、組件和分析儀，以進一步研究給定周期結構的特性和性能。
衍射光束求解器-薄元素近似(TEA)
□ 一般光柵組件提供了薄元近似(TEA)和傅里葉模態方法(FMM)作為解決模型給定的光柵。
□ 薄元近似通常產生更快的結果，當結構小于波長的5倍,可能有精度問題，。
□ 傅里葉模態方法允許一個嚴格的模擬，但需要更高的數值計算。
展開 VirtualLab Fusion應用：非近軸衍射分束器的設計與嚴格分析
摘要
直接設計非近軸衍射分束器仍然是一個挑戰。由于衍射角相當大，元件的特征尺寸與工作波長在相同的數量級上。因此，設計過程超出了近軸建模方法。因此，在這個例子中，迭代傅里葉變換算法(IFTA)和薄元素近似(TEA)用于衍射元素的初始設計結構，和傅里葉模態方法(FMM)隨后應用于嚴格的性能評估。
設計任務
使用近軸近似的衍射1：7×7分束器的初步設計，通過嚴格分析，進一步優化零階均勻性和影響
光柵級次分析模塊設置
使用常規的分束器會話2編輯器，VirtualLabFusion提供了一個指導工具，允許用戶一步一步地指定所有影響分束器設計的參數。
1. 通過應用設計帶中的結構設計，所得到的傳輸函數可以轉換為結構輪廓。
2. 對于此轉換，使用了薄元近似(TEA)。因此，所得到的結構與初始相位函數成正比。
3. VirtualLab Fusion提供計算出的形式已經預設在光路中。
4. 要在不同的模擬場景中使用這種結構，需要從組件內部獲取實際的采樣表面或指定的堆棧。
衍射分束器表面
為了進一步評估，使用了通用光柵光學設置，其中加載之前保存的堆棧。光柵光學裝置提供了獨特的工具、組件和分析儀，以進一步研究給定周期結構的特性和性能。
衍射光束求解器-薄元素近似(TEA)
? 一般光柵組件提供了薄元近似(TEA)和傅里葉模態方法(FMM)作為解決模型給定的光柵。
展開 設計和優化衍射1：5×5光束分束器元件
設計和優化衍射1：5×5光束分束器元件
此應用案例顯示了衍射光學元件（DOE）的設計，通過設計一個衍射分束器將一個激光束分束為一個矩形5×5陣列光束。
1.任務描述
2.照明光束參數
設計波長：532nm
激光光束直徑（1/e2）：200um
3. 期望輸出場參數
4. VirtualLab Fusion中的設計和優化過程
? 對于這個近軸設計任務，使用VirtualLab Fusion會話編輯器。
? 通過逐步的引導用戶以完成整個配置，設計以及優化過程。
? 最后，創建一個代表整個光學系統的光路圖。
? 通過經典場追跡模擬，生成光分布圖。
5.設計步驟
1) 點擊Start→Diffractive Optics→Regular Array Beam Splitter生成光束分束器設計界面。
2) 點擊Next，設置輸入光束參數，選擇束腰和發散角定義類型為1/e2 Waist Diameter, Divergence Full Angle，設置波長為532nm，腰束直徑為200um。
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