高斯激光光束重塑成Donut模式

案例97.01

此案例演示了如何设计一个衍射光束整形器来将高斯激光束重塑到donut模式。

1.建模任务

建议在开始这个案例之前，完成案例LBS.001

照明光束参数

波长：632.8nm

激光光束直径（1/e2）：1mm

期望输出场参数

直径：0.5mm

效率：>95%

SNR：>30dB

2. 生成Donut模式

 Source→Basic Source Models→Gaussian Wave对话框可以用于生成donut模式。

 模式系统必须选择Laguerre Gaussian Mode。

 模式级次必须设置为（0×1）。

3. 生成设计文档

 点击Start→Diffractive Optics→Diffractive Beam Shaper...来生成设计文档。

 将入射场和信号场还有所有参数设置如左图。

4.设计文档

 第一步，使用几何光束整形方法来计算光束整形透过率函数。

 分离类型选为旋转对称。

5. 光束整形传输

 光束整形的透过率函数可以由几何光学方法来计算。

 透过率函数作为波动光学优化的起点。

 若在透过率函数中心添加一个涡旋相位，将增加donut模式的焦点深度和对比度。

6. 生成相位涡旋

 相位涡旋可以通过Functions→Single Phase Dislocation菜单选项生成。

 将相位涡旋的孔径直径与透过率函数的直径一致。

 光束整形器透过率函数的采样参数可以在设计文档的“Specification”页面找到。

 透过率函数的直径由采样点数量乘以采样距离生成。

相位涡旋必须在中心。

相位涡旋的采样点的距离必须等于光束整形器透过率函数的采样距离（参见设计文档）。

5. 波动光学优化的传输

 几何光束整形器透过率函数与涡旋相位透相乘之后得到修改后的透过率函数。

 相位涡旋将在激光光束上“钻”一个洞。

7.设置透过率函数

 使用“Set”按钮来修改后的透过率函数设置为初始透过率函数。

 这个透过率函数将用于进一步波动光学优化。

8.由IFTA进行优化

 将透过率函数类型转换为“Quantized Phase-Only”。

 输入相位级次

 选择迭代傅里叶变换算法（IFTA）来优化。

 禁用生成一个初始透过率函数并调整迭代步数。

 可以通过单击“Configure”按钮禁用优化函数的日志记录。

9.光路图

 在光路图中设置优化后的光束整形器透过率函数来分析系统。

10.设计结果

11.结论

 VirtualLab Fusion允许设计衍射光束整形器。

 可以生成Donut模式。

 一个在光束整形元件中心的相位涡旋帮助增大生成的donut模式焦点的对比度和深度。

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