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作者：ISRAEL GROSSINGER, SHLOMIT KATZ, NATAN KAPLAN, and ALEX SKLIAR光學仿真工具可以全面剖析超短激光脈沖如何影響衍射光學元件的光束整形特性和能力。

光學仿真工具可以全面剖析超短激光脈沖如何影響衍射光學元件的光束整形特性和能力。

在此示例中，我們將使用840 nm中心波長，60 nm FWHM光源，該光源透過以下方式在空氣中提供5μm的軸向分辨率：這些光譜特性來自Superlum市售的超發光二極管，它具有生物成像的共同波長和足夠高的分辨率的帶寬。 我們將忽略準直光學，而是從入射光束進入干涉儀開始。

衍射光學元件光整形 光學軟件VirtualLab可以用來設計和模擬用于激光光束整形的衍射光學元件。

? 關于如何導出表面數據的更多信息，請參見tutorial 144.01。 結論 ? VirtualLab Fusion可以設計衍射光束整形元件來將單模激光光束塑造成任意二維強度分布。? 可以通過衍射透射DOEs以及反射DOEs進行光束整形。? 通過對透射DOE的光學函數進行數值計算從而獲得反射DOEs的光學函數。

膨脹 / 收縮在本節中，我們將介紹如何考慮全像的膨脹和收縮。在加工時，全像材料可能會改變其厚度。為了考慮厚度變化的影響，我們首先將光柵向量分成兩個分量，K∥和K⊥，其中K⊥為垂直表面法線，K∥與表面法線平行。如果厚度從t到t'發生變化，則可以透過修改K∥計算出新的光柵向量，如方程式（4）。圖 4. 當全像材料收縮時，厚度從t 減少到 t'。

因此，這種限制要求投影器設計包含均勻照明的空間光調製器 - 通常採用 LCD 面板的形式。理論上，這聽起來很容易，但這種面板上的源光束通常是高斯的（即不均勻）。因此，需要一種設備來“去高斯”，或在空間上將非均勻光束輪廓轉換為均勻光束輪廓。具有這種能力的一個這樣的設備是一對複眼空間光學積分器陣列。何謂透鏡陣列?透鏡陣列是將單個光學元件組裝成單個光學元件的二維陣列。

?關于如何導出表面數據的更多信息，請參見tutorial 144.01。 結論 ?VirtualLab Fusion可以設計衍射光束整形元件來將單模激光光束塑造成任意二維強度分布。?可以通過衍射透射DOEs以及反射DOEs進行光束整形。

靜態光學元件整形系統：技術原理與設計要點靜態光學元件整形系統憑借結構穩定、成本可控的優勢，在中低功率激光應用中占據主要地位。其核心設計難點在于如何通過光學參數優化，實現光束均勻性與能量利用率的平衡。借助專業光學設計工具的光線追跡、衍射仿真、參數優化等功能，可適配各類靜態光學元件的設計需求，大幅縮短復雜光學系統的研發周期。

可以通過微型光學元件來實現光束的均勻化和整形，例如：? 微透鏡陣列? 衍射擴散器? 計算機生成的全息圖? 相位板? 單元陣列 紅色LED照射衍射擴散器產生的天際線圖案光學仿真和設計包括:? 衍射? 干涉? 空間和時間相干度? 像差? 偏振? 光強 應用 用于LED和準分子激光均勻化的微光學照明系統可以用在各個領域

傳統光學變焦鏡頭（左）和Alvarez變焦鏡頭（右）Alvarez 鏡組如何運行 要首先了解 Alvarez 縮放的工作原理，我們應該看看 Alvarez 鏡組。每個 Alvarez 透鏡都是一個自由曲面光學元件，只有一個對稱平面。 Fig 3.

2．模擬任務DOE：相位型衍射光束整形器直徑：2mmx2mm形狀：圓形相位級次：16 3.建模任務：入射光場高斯準直激光光束的光束參數 ?波長：632.8nm?激光光束直徑（1/e2）：1mm 4.建模任務：期望輸出光場 期望輸出場的參數=設計目標圖樣（DTP）:

這類器件通常用于激光等設備中的單色光，并針對特定的波長和衍射角進行設計。衍射分束器的仿真衍射光束整形器衍射光束整形器會改變具有高斯強度分布的激光光束的相位分布和強度，也就是說，光束的亮度在中心最強，向邊緣平滑遞減，呈現出曲線分布。衍射光束整形器可調控輸入光束的特性，以改變輸出光束的形狀。輸出光束通常為環形或矩形，但也可以獲得其他光束幾何結構輪廓。

徑向偏振光在焦點附近軸向分量占主導，角向偏振光保持空心場分布，不含軸向分量；（3） 聚焦光斑受入射光偏振影響，利用矢量光束和高數值孔徑的緊聚焦特性，能實現超衍射光斑[9-11],在超分辨成像、激光加工等領域具有重要應用。總之，基于MATLAB的模擬仿真結果形象地反映了矢量偏振光束的聚焦光場分布，有助于學生對于新型偏振光束這一光學前沿知識的整體理解和掌握。

其主要應用領域如下：1.光束整形VirtualLab Fusion能夠使用自由曲面，衍射光束分束器與圖案生成器，擴散器和常規陣列微光學元件（包括但不局限于微透鏡陣列）實現光束整形。

在 OpticStudio 中創建的光學設計可以無縫轉換為原始 CAD 元件，並且所有光學資訊都完好無損。使用 OpticsBuilder，機構工程師可以創建複雜的透鏡邊緣、安裝特徵和模組外殼，同時利用 Zemax 光線追跡直接查看這些元件如何影響光學性能。在這種情況下，鏡頭邊緣可能會為雜散光提供路徑以污染圖像。

擴展閱讀擴展閱讀? 開始視頻- 光路圖介紹? 該應用示例相關文件：- SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相調制器設計- SLM.0003： 一個基于SLM光束整形系統的中透鏡像差的研究

各家製造商塑膠材料的折射率各有不同，除了因為結構本身的差異之外，各種不同的添加物也會造成影響，例如UV吸收劑、塑化劑、脫模劑。此外，射出成型的流程參數也都有影響。因此，材料供應商以及鏡片製造商通常都會提供精度超過小數點後兩位的折射率資料。然而除了單一波長的折射率以及阿貝數 (Abbe Number) 外，通常就不會有更多相關資料了。

概要本文展示了如何設計光束整形器將激光器產生的高斯分布的光轉換為平頂分布的光輸出。（聯系我們獲取文章附件） 介紹光束整形光學元件可以將入射光的光強分布轉換為其他特定的分布輸出。最常見的例子就是將激光器產生的高斯分布的光轉換為平頂（Top-Hat）分布的光輸出。在評價函數中使用幾何光線來優化透鏡的矢高是一個很有效的方法。

案例97.01 此案例演示了如何設計一個衍射光束整形器來將高斯激光束重塑到donut模式。