光學軟件VirtualLab Fusion能夠設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）和參數優化來優化：
□ 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
衍射光學元件應用
衍射光學元件能夠用于各種激光系統以操縱激光光束，其應用領域如下：
□ 材料處理
□ 光鑷
□ 光渦旋
□ 自由空間通信
□ 自適應光學系統
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控制，而強度分布則受衍射光束整形器控制。通過應用光束整形器，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
輸入的高斯光束參數：
• 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參數：
• FWHM直徑：0.5mm
• 邊緣寬度：50um
• 轉換效率：>95%
• 信噪比：>30dB
• 雜散光：<5%
3. 設計方法
• 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，以構建所需的設計和優化文檔
• 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
- 系統參數
- 加工限制
5. 設計過程
設計和優化步驟可以分為兩步：
1. 應用幾何光學方法，進行初始設計，以獲得一個初始透過率函數
2. 基于步驟1所獲得的結果，應該迭代傅里葉變換算法，進行一系列的優化
6. 系統模擬
• 在完成設計和優化后，可以通過IFTA文檔的“Recalculate”來計算優化函數結果。
• 同時，可以通過IFTA文檔的“Show Light Path”來生成一個對應的光路圖，從而對整個系統進行評估。
• 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. 設計結果
1) 初始幾何光學設計結果
期望結果對比
• 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文檔優化結果
期望結果對比
• 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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