应用衍射扩散器均匀化准分子激光光束

cherryjhy · 发表于 2023-3-22 08:59:53

HSL.002(4.0)

摘要：这个案例分析了由衍射扩散器元件实现的单色准分子激光光束的均匀化，最终生成一个圆形高帽。

1.建模任务

2.光源参数

• LED模型：Gaussian Type Planar Source（高斯型平面光源）
• 光源平面直径：100μm×100μm
• 空间相干长度：3μm×3μm
• 相应的发散角（HWHM）：～0.89×0.89°
• 波长：351nm

3. 衍射扩散器透过率函数

一个衍射匀光元件,可以使用一个具有如下技术参数的衍射扩散器透过率函数来模拟：
• Phase-Only元件
• 采样距离：5μm
• 大小：640μm×640μm
• 相位级：8
• 生成的目标模式：圆形高帽

4. 光源的辐射特性

光源的辐射特征由光源平面尺寸以及以下参数定义:
• 发散角
• 空间相干长度
• 或模式的腰束半径。

5. 空间扩展光源建模

• Gaussian Type Planar Source通过数个相同的横向偏移高斯模式,在光源的出射面以非相干的形式来模拟一个部分相干光源。
• 对于这个案例，最终使用了11x11个足够多的横向模式来模拟光源。

6.系统：光路图（LPD）
• 在光源和扩散器元件之间，放置了一个焦距为20mm的理想透镜以用于光源的准直。
• 衍射扩散器元件由Stored (Transmission) Function（存储（透过率）函数）表示，在此设置所设计的衍射扩散器的数据。
• 这个元件的设计和优化由衍射光学工具箱（Diffractive Optics Toolbox）完成。

7. 存储透过率函数

• 对于规律的量化相位透过率函数，可以用存储函数元件中的缩放因子来模拟可能产生的加工偏差。

8. 生成的谐波场集（光视图）

• 模拟结束后将返回一组谐波场集（HFS）,其包含了目标平面上不同模式的电场复振幅分布。
• HFS的相邻光视图显示了所有模式的叠加。

9. 生成的谐波场集（数据视图）

• 数据视图分别显示了每个模式。
• 每个模式生成一个稍微不同的偏移的散斑目标图样。
• 由于光源的所有横向模式的生成的偏移图样的叠加，因此散斑会消失，并获得均匀化效果。

10.评估价值函数

为了评估所获得的圆形平顶光束的质量，使用了两个可编程探测器来计算其参数：
• 一致性误差和
• 窗口效率
在定义区域内对高帽进行分析。

11.评估的不同区域

12. 存储谐波场集

 包含不同模式的光场称之为谐波场集。
 由于谐波场集可能包含上百种模式，那么数据量对RAM内存来说可能会太大。
 对于这样的情况，VirtualLab Fusion允许用户或者进行一个标准的设置，或者明确指定一个确定的谐波场的数据存储位置（在RAM或者硬盘中）。

13. 临时文件的存放位置

 基于模式的数量和每个模式采样点的数量，则要求大量的硬盘空间来存储单个谐波场集。
 可以通过File菜单→Global Options→Other 设置来改变存放临时文件的硬盘目录。
 建议硬盘空间超过100GB。

14.结果

 结果（左上图：单模；右上图：所有11×11模式）灰度图，根据线性强度探测器。
 邻近的数值探测器结果。

15.模拟结果

16.总结
• VirtualLab Fusion可以模拟空间部分相干光源。
• 通过使用许多不同的图形和数值评估，可以对一个均匀化系统（如使用衍射扩散器）进行一个非常有效且有益的分析。

应用衍射扩散器均匀化准分子激光光束

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