摘要
衍射擴(kuò)散器可以被設(shè)計(jì)來(lái)創(chuàng)建任何圖案。在這里，我們展示了 VirtualLab Fusion的一些可能性，以設(shè)計(jì)、優(yōu)化、建模和仿真這種衍射光學(xué)元件（DOE）并把公司的標(biāo)志投射到一幢大樓上。有不同的方法來(lái)生成光的圖案。利用相干激光和衍射擴(kuò)散器元件，可以實(shí)現(xiàn)良好的效率和有趣的光紋理，這將在下面進(jìn)行演示。
避免0級(jí)衍射產(chǎn)生的影響
為了阻擋0級(jí)衍射，衍射擴(kuò)散器將被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生一個(gè)離軸LightTrans標(biāo)志。
結(jié)果預(yù)覽
光束和圖案條件→設(shè)計(jì)目標(biāo)圖案（DTP）
光束：尺寸評(píng)估
圖案：導(dǎo)入、準(zhǔn)備、預(yù)變形、采樣考慮
15m處的光斑尺寸
擴(kuò)散器元件以創(chuàng)建所需圖案的方式偏轉(zhuǎn)入射光束。分辨率由單個(gè)光束點(diǎn)的大小決定。通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)設(shè)置，我們確定可實(shí)現(xiàn)的光斑直徑為≥5毫米。
同時(shí)，我們已經(jīng)可以識(shí)別出哪種束腰還沒(méi)有完全進(jìn)入目標(biāo)平面遠(yuǎn)場(chǎng)。
關(guān)于設(shè)計(jì)目標(biāo)模式（DTP）的相關(guān)信息
用于設(shè)計(jì)的迭代傅里葉變換算法（IFTA）用于在準(zhǔn)直光照明的透射函數(shù)平面與k域偏轉(zhuǎn)光方向的相關(guān)目標(biāo)值之間進(jìn)行優(yōu)化。
對(duì)于近軸系統(tǒng)，k域的模式與平行于DOE平面的空間域的模式成正比。
對(duì)于這里提出的設(shè)計(jì)，因此必須在這個(gè)平行平面中定義模式。
這種幾何扭曲的圖案可以很容易地使用另一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)設(shè)置。
用于設(shè)計(jì)的預(yù)扭曲圖案
通過(guò)下面的光學(xué)設(shè)置，我們可以很容易地計(jì)算出預(yù)期屏幕上任何期望的投影光形狀在平行于DOE傾斜的平面上的樣子。這些扭曲的圖案可用于設(shè)計(jì)過(guò)程。
采樣和測(cè)試DTP
根據(jù)所需的光圖案紋理，必須考慮一個(gè)合適的圖案采樣，因?yàn)镈TP的每個(gè)像素中心代表一個(gè)由擴(kuò)散器偏轉(zhuǎn)的光束的目標(biāo)位置。
根據(jù)我們?cè)诖藞?chǎng)景中的經(jīng)驗(yàn)和意圖，我們選擇了5 mm的采樣距離。
基于完整樣本的小部分創(chuàng)建測(cè)試設(shè)計(jì)也很有幫助。
采樣距離為5mm的圖案的目標(biāo)點(diǎn)直徑
為了顯示不同類型的散斑圖案，所考慮的束腰直徑將在[0.9；2.0]mm的范圍內(nèi)。
相關(guān)的目標(biāo)點(diǎn)直徑約為[6.5；13.9] mm。
測(cè)試設(shè)計(jì)
用于確定輸入光束直徑的可實(shí)現(xiàn)光紋理比較
會(huì)話編輯器
IFTA：測(cè)試模式的設(shè)計(jì)和結(jié)果
圖案紋理/印象→選擇照明的束腰
上述結(jié)果為不同的目標(biāo)點(diǎn)重疊場(chǎng)景提供了三種代表性的紋理：（較大的重疊導(dǎo)致較大的斑點(diǎn)和較高的峰值）
1. 標(biāo)準(zhǔn)重疊→最小斑點(diǎn)
2. 更少的重疊→擴(kuò)散器和分束器之間的臨時(shí)外觀
根據(jù)主觀評(píng)價(jià)，這是最好的解決方案
對(duì)于這個(gè)應(yīng)用，選擇了標(biāo)準(zhǔn)的重疊，產(chǎn)生了一個(gè)自然的，火焰狀的紋理。
完整的設(shè)計(jì)，優(yōu)化函數(shù)和仿真
雜散光，效率和全輸出場(chǎng)圖案
優(yōu)化區(qū)域
下方的插圖顯示了人們感興趣的各個(gè)領(lǐng)域及其目的。
為了提高對(duì)比度，從而減少所需圖案周圍的散射光，在投影表面的區(qū)域（黑色矩形）中引入了一個(gè)優(yōu)化區(qū)域。
之后，我們將使用一個(gè)光闌（綠色矩形），它只傳輸由圖案產(chǎn)生的光，并阻止來(lái)自周圍環(huán)境的雜散光。
不同模式的設(shè)計(jì)
為了便于比較，我們進(jìn)行了連續(xù)相位值、8相位和4相位臺(tái)階的元件設(shè)計(jì)。
作為優(yōu)化區(qū)域，可以使用 LightTrans標(biāo)志圖案本身或與投影區(qū)域連接的擴(kuò)展區(qū)域。
可視化IFTA設(shè)計(jì)評(píng)估（振幅）
相鄰的圖顯示了不同設(shè)計(jì)模式下的衍射級(jí)次。
每個(gè)像素代表一個(gè)衍射級(jí)次。
每個(gè)設(shè)計(jì)都可以進(jìn)一步優(yōu)化。然而，對(duì)于這個(gè)比較，所有的結(jié)果都是使用原始的IFTA默認(rèn)設(shè)置生成的。
對(duì)于這個(gè)應(yīng)用，我們將堅(jiān)持使用4臺(tái)階元件類型，它制造起來(lái)應(yīng)該是更容易和更便宜的。
采用梯形區(qū)域作為優(yōu)化區(qū)域，也提高了4臺(tái)階元件的對(duì)比度。
從優(yōu)化的4臺(tái)階相位傳輸函數(shù)中得到的結(jié)果
通過(guò)使用IFTA的調(diào)整選項(xiàng)，4臺(tái)階設(shè)計(jì)可以顯著優(yōu)化。
想了解更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)附錄。
附錄
扭曲的設(shè)計(jì)圖案的準(zhǔn)備
測(cè)試仿真的系統(tǒng)調(diào)整
優(yōu)化四臺(tái)階相位傳輸函數(shù)
設(shè)計(jì)是以犧牲均勻性為代價(jià)優(yōu)化的，但這是可以忽略的，可以從下面的結(jié)果中看到，并在下一張幻燈片中解釋。
不同均勻性誤差下的散斑差異的說(shuō)明
對(duì)于衍射擴(kuò)散器元件，均勻性誤差通常不是那么重要。下面的圖顯示了IFTA和斑點(diǎn)系統(tǒng)的仿真結(jié)果，這說(shuō)明了不太均勻的工作處理不會(huì)產(chǎn)生明顯不同的散斑模式。
實(shí)際產(chǎn)生的強(qiáng)度紋理由理論最小值和最大值之間的值表示，這是由所有涉及的重疊光束的理想的相消和理想的相長(zhǎng)干涉（具有隨機(jī)相位值）造成的�；疑膱D顯示了一個(gè)（紅色的）目標(biāo)點(diǎn)與其相鄰點(diǎn)的重疊。
當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中臺(tái)階設(shè)置不同，導(dǎo)致不同的均勻性誤差，結(jié)果也會(huì)有所不同。但是由于在IFTA過(guò)程中相同的起點(diǎn)（初始傳輸），產(chǎn)生的散斑形狀仍然可以很好地比較。
這些圓圈對(duì)應(yīng)于1/e²的直徑。
因此，這種比較給了具有不同均勻性誤差的散斑現(xiàn)象的代表性紋理。
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