光學(xué)軟件VirtualLab Fusion能夠設(shè)計和模擬衍射光學(xué)元件以進行光束整形，其衍射光學(xué)工具箱使用強大的迭代傅里葉變換算法（IFTA）和參數(shù)優(yōu)化來優(yōu)化：
□ 衍射光學(xué)元件
□ 衍射分束器
□ 衍射擴散器
□ 衍射和折射光束整形器
□ 計算全息（CGH）
□ 相位板
□ 相息圖
衍射光學(xué)元件應(yīng)用
衍射光學(xué)元件能夠用于各種激光系統(tǒng)以操縱激光光束，其應(yīng)用領(lǐng)域如下：
□ 材料處理
□ 光鑷
□ 光渦旋
□ 自由空間通信
□ 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)
衍射光束整形器簡介
衍射和折射光束整形器元件一般用于相干激光光束強度的整形。這些元件能夠產(chǎn)生非常均勻的散斑自由光圖像。光束整形器通常與準(zhǔn)直透鏡，聚焦透鏡，光束擴束器和傅里葉透鏡一起使用。光學(xué)分辨率一般由透鏡系統(tǒng)控制，而強度分布則受衍射光束整形器控制。通過應(yīng)用光束整形器，可以生成以下的光強分布：
□ 矩形和圓形高帽
□ 線形
□ Donut模
□ 高斯厄米和高斯拉蓋爾模式
□ 任意2D強度圖像
矩形高帽整形器設(shè)計
• 相位衍射光束整形器
• 直徑：2mm x 2mm
• 相位階次：16
1. 輸入高斯光束參數(shù)
輸入的高斯光束參數(shù)：
• 波長：632.8nm
• 束腰直徑：1mm
2. 期望輸出矩形高帽光束
期望輸出矩形高帽算個數(shù)參數(shù)：
• FWHM直徑：0.5mm
• 邊緣寬度：50um
• 轉(zhuǎn)換效率：>95%
• 信噪比：>30dB
• 雜散光：<5%
3. 設(shè)計方法
• 衍射光學(xué)工具箱提供了不同的輔助會話編輯器以用于各類衍射元件的設(shè)計
• 本次選用衍射光束整形器輔助會話編輯器
4. 衍射光束整形器會話編輯器
• 通過輔助會話編輯器，以構(gòu)建所需的設(shè)計和優(yōu)化文檔
• 基于生成的輔助會話編輯器，用戶可以輸入：
- 輸入場
- 期望輸出場
- 系統(tǒng)參數(shù)
- 加工限制
5. 設(shè)計過程
設(shè)計和優(yōu)化步驟可以分為兩步：
1. 應(yīng)用幾何光學(xué)方法，進行初始設(shè)計，以獲得一個初始透過率函數(shù)
2. 基于步驟1所獲得的結(jié)果，應(yīng)該迭代傅里葉變換算法，進行一系列的優(yōu)化
6. 系統(tǒng)模擬
• 在完成設(shè)計和優(yōu)化后，可以通過IFTA文檔的“Recalculate”來計算優(yōu)化函數(shù)結(jié)果。
• 同時，可以通過IFTA文檔的“Show Light Path”來生成一個對應(yīng)的光路圖，從而對整個系統(tǒng)進行評估。
• 通過使用“Convert to Starter Toolbox LPD”工具，將衍射工具箱的光路圖轉(zhuǎn)換為基本工具箱的光路圖，以使用基本工具箱對光路圖進行修改，從而進行進一步的分析。
7. 設(shè)計結(jié)果
1) 初始幾何光學(xué)設(shè)計結(jié)果
期望結(jié)果對比
• 效率滿足要求(>95%)
• 信噪比不滿足要求（<30dB）
• 雜散光不滿足(>5%)
2) IFTA文檔優(yōu)化結(jié)果
期望結(jié)果對比
• 效率滿足要求(>95%)
• 信噪比滿足要求（>30dB）
• 雜散光滿足(<5%)
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