匀光元件那些事儿

黑猫警长

借题主的帖子，瞎逼逼一番，说的不对还望纠正下，共同进步么，哈哈
光源匀化这一块，其实解决方案很多可以说的特别多，比如针对激光的匀化（这里所说的激光一般就是针对半导体激光器活固体激光器具有高斯或类高斯分的匀化整形），可以直接采用方形匀化光缆匀化、正交鲍镜、衍射匀化元件、正交柱面镜阵列等等。可根据具体的需求相应选择不同的整形方案。但也有一些优缺点，比如方形匀化光缆做匀化时，光缆的长度越长匀化效果越好，光缆弯曲半径越小匀化效果越好当然光缆可弯曲半径是与光缆纤芯直径有一个对应关系，有兴趣可参考相关资料，缺点就是光缆太长，其次就是光缆出光后不加整形时可获得匀化效果较好的光斑，但是如果在光缆末端在加透镜进行整形时原有的模式就会被打乱，会使均匀性下降。正交鲍镜理论上可以做到接近极限的匀化效果，但是对激光器的要求很高，其光束质量因子即M^2必须接近于1，匀化效果才能更好。衍射元件也是对光束质量有一定的要求，当然比鲍镜对光束质量的要求要低一些，匀化效果会好很多，其次是衍射元件的零级光斑目前来说没有合适的解决方案去消掉他，只能无限通过相关算法和加工工艺提高衍射效率，减弱零级光斑的能量（这里零级光斑是可以通过算法移到光斑边缘的。）其次是正交柱面镜阵列，这个是我认为目前做匀化比较好的一个解决方案，即使光束质量较差，但设计好的话其匀化效果也会特别好。（影响因素和pich和曲率有关，感兴趣也可以查阅相关资料），上述的几种方案都可以做小面阵和大面阵的光斑匀化的解决方案，还有些未提及解决方案，但效果不好这里就不提了，当然也可能是因为本人的水平太差，没能领悟其中的奥义。还有上述几种解决方案都是有已经交付的项目支撑的。
其次就是对大发光区发散角的LED光源匀化了（当然还有常用的vcsel光源，功率大的话就是vcsel阵列），一般发散角都在120°或者更大，这两类光源有一个共同的缺陷就是发光中心是空的。要做这两类的光源的匀化其实还是比较麻烦的，理论仿真和实际做出来的有时候差距很大，通过测量会发现。我之前做过光刻系统的配套工艺系统复制曝光系统就做过一个大面阵的匀化光源，口径在200以上（具体怎么做的不太方便透漏），实测均匀性可达到98%，有做过光刻的应该会懂复制曝光对光斑匀化程度要求。接着题主的这三种方案，首先积分棒不太合适做大发光面积大发散角的光源整形，且不说匀化效果如何，就损耗这一块就非常致命，自由曲面造价太高（这个方案没做过不敢瞎bb），其次就是复眼透镜整形方案了，这个方案值得推荐，不论价格还是匀化效果都可以做到极致的完美（取决你的设计），题主已经说的特别清楚了（复眼匀化都是成对出现，可选两片中间是空气间隔，可以选双面都是阵列的一片镜，这玩意也可以设计找供应商加工，也有些货架产品）。
不知道可否混点贡献值啊，特别想进成像板块学习下，奈何囊中羞涩，害，太难了!

xueshujiawen

黑猫警长 发表于 2021-7-9 10:24
借题主的帖子，瞎逼逼一番，说的不对还望纠正下，共同进步么，哈哈
光源匀化这一块，其实解决方案很多可以 ...

您好，想请教下，在优化矩形的平顶光时，因为对矩形的长和宽有严格尺寸要求，优化函数用什么操作数来控制平顶光的陡峭程度呢？ 希望在xy的矩形上严格为平顶光，边缘过渡区尽量小。

asteroid

题主你好，我想知道匀光棒里提及的反射次数6-8次，有相关的文献或者作者推荐吗？我查了一下暂时还没找到有说这个内容的，不过我倒是看到了有人提出3-5次的长度或者对角线的1.5倍，同样也是只有结论，没看到结论来源是哪里。

Issac

请教楼主一个问题，LA1复眼透镜的焦点是应该落在LA2的边缘的曲面上还是主平面上呢？因为看到有的文献是落在曲面上，跟这个图里的不一样，如图，望回复。

风起天寒

天道酬勤 发表于 2021-7-9 08:31
激光的匀光，激光都是高斯分布，中间亮，边缘弱，需要把高斯光变成平顶光，有哪些方式？

可以用DOE或者非球面镜；DOE生成的平顶光相位不能保证，为非准直的平顶光，一般用作照明，加工等等；非球面镜可以利用等光程理论、能量守恒理论等生成比较准直的平顶光，可用作成像领域；像德国的Asphericon用的就是多片非球面镜设计。

ZJW_GXSJ

xueshujiawen 发表于 2021-11-17 17:24
您好，想请教下，在优化矩形的平顶光时，因为对矩形的长和宽有严格尺寸要求，优化函数用什么操作数来控制 ...

您好，请问后来有解决这个问题吗，目前也在想这个，头疼

xueshujiawen

ZJW_GXSJ 发表于 2023-2-7 21:41
您好，请问后来有解决这个问题吗，目前也在想这个，头疼

没。 我现在做法是 Zemax控制设计后， 再LT核验验证，只微调距离，所以尺寸也不会有多大偏差

dreamplayer

各种光源匀化技术里，哪一种是光强损失最小的

左岸

黑猫警长 发表于 2021-7-9 10:24
借题主的帖子，瞎逼逼一番，说的不对还望纠正下，共同进步么，哈哈
光源匀化这一块，其实解决方案很多可以 ...

请问下柱面镜阵列整形的话，一般用多少个柱面会比较好，10-15个？还是越多越好

黑猫警长

左岸 发表于 2023-3-8 16:58
请问下柱面镜阵列整形的话，一般用多少个柱面会比较好，10-15个？还是越多越好

理论上当然是越多越好，越多你得到的光斑均匀性就会越好。但是实际使用过程中会考虑的到成本的问题（按面积算，LIMO的价格比较高），10个左右的均匀性基本就能到85%+。国产的镜子一致性包括均匀性和LIMO还是要差一些，我用LIMO的镜子一般在5-10个之间就能有很好均匀性。