Scenario 573（1.0）
相關案例：DO.003，545
相關教程：VirtualLab Fusion-基本工具箱，衍射光學工具箱
1.摘要
這個示例演示了優(yōu)化衍射擴散器以在遠場生成任意光圖樣。通過迭代傅里葉變換算法（IFTA）來優(yōu)化反射鏡表面輪廓。
優(yōu)化過程分為三個步驟。
- 應用IFTA優(yōu)化一個透射衍射擴散器的透過率函數(shù)。
- 基于透過率函數(shù)來計算反射鏡的反射函數(shù)。
- 計算反射鏡的高度輪廓。
在學習和使用此案例之前，我們建議你首先閱讀應用案例545。
2.模擬任務
衍射擴散器反射鏡
相位級次：2
直徑：5.75×5mm
照明光束參數(shù)
波長：532nm
激光光束直徑（1/e2）：1.1mm
期望輸出場參數(shù)
位圖文件：Sc573_Diffuser_Mirror_Pattern_Generation_01.jpg
圖案直徑：400×187mm
光軸偏移：0×100mm
效率：>25%
分辨率約： 700×700um
3.設計步驟1-設計透過率函數(shù)
優(yōu)化投射擴散器的透過率函數(shù)。
假設擴散器和目標屏之間是遠場系統(tǒng)。
開始擴散器設計
選擇Diffractive optics-Pattern Generating Diffuser
進入擴散器設計會話編輯界面
指定高斯光束束腰以及發(fā)散角的定義類型
確定高斯光束的波長及束腰直徑
指定近軸遠場作為光學系統(tǒng)
確定近軸遠場距離
通過Import導入準備好的.jpg圖片，并指定圖案尺寸400mmx187mm
使用IFTA優(yōu)化二元擴散器透過率函數(shù)。
IFTA優(yōu)化文檔可以通過圖樣生成擴散器會話編輯器生成。
期望光圖樣可以由jpg文件導入。
由于一個二元透過率函數(shù)總是會生成一個孿生像，因此必須對二元透過率進行優(yōu)化，即在y方向上進行離軸，以使孿生像分開。
請參考Sc573_Diffuser_Mirror_Pattern_Generation_02.seditor。
指定相位階次：一個二階相位級次
IFTA優(yōu)化文檔Sc573_Diffuser_Mirror_Pattern_Generation_03.dp
像素大�。�830nm×800nm
單周期像素數(shù)：2271×2355
周期：1.9mm×1.9mm
光學系統(tǒng)：Sc573_Diffuser_Mirror_Pattern_Generation_04.lpd
4.設計步驟2-反射鏡反射函數(shù)
衍射擴散器反射鏡的反射函數(shù)可以由擴散器透過率函數(shù)計算得到。
反射函數(shù)與透射函數(shù)一樣，但為了得到類似的衍射角必須在旋轉(zhuǎn)方向上拉伸：
→像素大小的變化： 
 反射函數(shù)像素大小
 透射函數(shù)像素大小
5.設計步驟3-反射鏡高度輪廓
這個案例演示了如何設計一個微結構反射鏡的光學函數(shù)。
加工微結構反射鏡需要的是其表面高度輪廓，而不是一個光學函數(shù)。下面將解釋如何計算一個給定的光學函數(shù)的微結構反射鏡的表面高度輪廓。
VirtualLab基于薄元近似結構設計來計算的表面輪廓。
計算反射鏡的表面輪廓
• 使用光學函數(shù)或加載文件Sc573_Diffuser_Mirror_Pattern_Generation_05以激活“Design”工具
• 開始VirtualLab結構設計（Design→Structure Design）
• 選擇反射鏡的高度輪廓（Height Profile of Mirror），并且輸入設計波長。
• VirtualLab假設入射光正入射，以此計算反射鏡的高度輪廓。
• 表面高度必須在第二步糾正，由于光程長度將稍微不同于30°的入射角。
• 將計算光學函數(shù)每個采樣點的表面高度輪廓。
• 應該選擇最近鄰插值來允許VirtualLab重建包含矩形像素的表面輪廓。
• 必須使用實施量化（Enforce Quantization）的選項來指定高度量級。
計算鏡表面剖面
• VirtualLab計算鏡的高度剖面，假設垂直入射光。
• 由于實際上反射鏡必須與30°的入射光相互作用，因此必須使用一個更大的高度輪廓。
• 與垂直入射相比，高度輪廓必須按1/cos（α）比例進行縮放。
• α是入射角。
• 雙擊生成包含反射鏡的雙界面元件。
• 反射鏡表面由采樣界面模擬。
• 點擊Edit按鈕。
• 選擇Scaling 窗口并且輸入在z方向的縮放
• 調(diào)整反射鏡的孔直徑和形狀來滿足您的需求。
• 關于如何以各種格式，例如GDSII，CIF，bitmap，ASCII等導出采樣表面，請參見教程144.01。
6.結論
• VirtualLab Fusion可以設計反射衍射擴散器來生成幾乎任意2D光圖樣。
• 設計分三個步驟完成：
- 設計和優(yōu)化擴散器透過率函數(shù)
基于透過率函數(shù)計算反射鏡的反射函數(shù)
- 計算反射鏡的高度輪廓
• 微結構鏡的表面剖面可以以各種數(shù)據(jù)格式導出。
|
