光学软件VirtualLab Fusion能够设计和模拟衍射光学元件以进行光束整形，其衍射光学工具箱使用强大的迭代傅里叶变换算法（IFTA）和参数优化来优化：
□ 衍射光学元件
□ 衍射分束器
□ 衍射扩散器
□ 衍射和折射光束整形器
□ 计算全息（CGH）
□ 相位板
□ 相息图
衍射光学元件应用
衍射光学元件能够用于各种激光系统以操纵激光光束，其应用领域如下：
□ 材料处理
□ 光镊
□ 光涡旋
□ 自由空间通信
□ 自适应光学系统
衍射光束整形器简介
衍射和折射光束整形器元件一般用于相干激光光束强度的整形。这些元件能够产生非常均匀的散斑自由光图像。光束整形器通常与准直透镜，聚焦透镜，光束扩束器和傅里叶透镜一起使用。光学分辨率一般由透镜系统控制，而强度分布则受衍射光束整形器控制。通过应用光束整形器，可以生成以下的光强分布：
□ 矩形和圆形高帽
□ 线形
□ Donut模
□ 高斯厄米和高斯拉盖尔模式
□ 任意2D强度图像
矩形高帽整形器设计
• 相位衍射光束整形器
• 直径：2mm x 2mm
• 相位阶次：16
1. 输入高斯光束参数
输入的高斯光束参数：
• 波长：632.8nm
• 束腰直径：1mm
2. 期望输出矩形高帽光束
期望输出矩形高帽算个数参数：
• FWHM直径：0.5mm
• 边缘宽度：50um
• 转换效率：>95%
• 信噪比：>30dB
• 杂散光：<5%
3. 设计方法
• 衍射光学工具箱提供了不同的辅助会话编辑器以用于各类衍射元件的设计
• 本次选用衍射光束整形器辅助会话编辑器
4. 衍射光束整形器会话编辑器
• 通过辅助会话编辑器，以构建所需的设计和优化文档
• 基于生成的辅助会话编辑器，用户可以输入：
- 输入场
- 期望输出场
- 系统参数
- 加工限制
5. 设计过程
设计和优化步骤可以分为两步：
1. 应用几何光学方法，进行初始设计，以获得一个初始透过率函数
2. 基于步骤1所获得的结果，应该迭代傅里叶变换算法，进行一系列的优化
6. 系统模拟
• 在完成设计和优化后，可以通过IFTA文档的“Recalculate”来计算优化函数结果。
• 同时，可以通过IFTA文档的“Show Light Path”来生成一个对应的光路图，从而对整个系统进行评估。
• 通过使用“Convert to Starter Toolbox LPD”工具，将衍射工具箱的光路图转换为基本工具箱的光路图，以使用基本工具箱对光路图进行修改，从而进行进一步的分析。
7. 设计结果
1) 初始几何光学设计结果
期望结果对比
• 效率满足要求(>95%)
• 信噪比不满足要求（<30dB）
• 杂散光不满足(>5%)
2) IFTA文档优化结果
期望结果对比
• 效率满足要求(>95%)
• 信噪比满足要求（>30dB）
• 杂散光满足(<5%)
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