光學軟件VirtualLab Fusion能夠設(shè)計和模擬衍射光學元件以進行光束整形，其衍射光學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
衍射光學元件應(yīng)用
衍射光學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直透鏡，聚焦透鏡，光束擴束器和傅里葉透鏡一起使用。光學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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