非近軸衍射仿真的案例
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。
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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。
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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
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。
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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。
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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：模擬由衍射光束整形器和非球面透鏡組成的非近軸光束整形系統
MO.001（1.3）
作者：Michael Kuhn （LightTrans）
相關案例：23.01
相關教程：-
需求：VirtualLab Fusion-基本工具箱
許可證：CC-BY-SA 3.0
1.建模任務
? 偏振：x方向的線性偏振
? 激光直徑（1/e2）：3.26mm
? 波長：632.8nm
衍射光束整形器元件傳輸
像素大小：21.5×21.5um
像素：250×250
直徑：5.4×5.4mm
相位級次：4
2.光路圖
開始光學系統仿真
3.系統仿真
? 目標屏上的強度
? 效率：72%
? 均勻性誤差：3.7%
4.結論
? 可以仿真近軸和非近軸透鏡以及透鏡系統。
? 已存儲的傳輸函數允許將任意振幅和相位調節引入到光波。
? 允許仿真衍射光學元件產生的效應。
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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
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
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。
