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基于MATLAB优化的多焦点相位


1、概要

目前智能手机的显示屏得益于机械或化学性能的稳定,让这些手机非常耐用,显示屏具有足够硬度使其可以承受住很大的压力,甚至多年使用下来都没有磨损迹象。

但是另一方面,材料的硬度通常伴随着脆性,手机的屏幕玻璃在加工过程可能受到断裂的风险。

激光作为“纳米锯”是切割玻璃的既定工具,可以减少玻璃材料发生断裂的风险,但是激光经过聚焦镜后只会产生一个焦点,并且这个焦点的有效距离只有几微米,面对几百微米甚至几厘米的厚度的玻璃材料的切割是毫无用处的,在此基础上,将利用空间光调制器对光束进行相位调制,使其在玻璃内部任意排列几十个焦点,可以将玻璃边缘切割成倒角、半圆或者多台阶。

基于MATLAB优化的多焦点相位_相位

图1 边缘切割方式

2、优化仿真

目前的论文和专利存在的GS优化算法的研究范围都在X-Y面上的光场优化,无法对X-Z上的光场进行优化。在此基础上,编写了改进GS算法对X-Z面上的光场进行优化。

该GS算法分为三个部分:

1)X-Z面的光场传输算法

2)X-Z面的逆光场传输算法

3)改进GS算法

具体流程如图2所示。

基于MATLAB优化的多焦点相位_GS算法_02

图2 GS算法流程图

2.1 X-Z光场传输算法

基于积分公式,创新了X-Z光场传输算法,可以给出二维相位经过聚焦镜后的X-Z面的光场分布,如图3和图4所示,为单焦点和双焦点的X-Z面的光场分布。

基于MATLAB优化的多焦点相位_相位_03

图3 单焦点光场分布

基于MATLAB优化的多焦点相位_相位_04

图4 双焦点光场分布

2.2 改进GS算法

根据X-Z面的光场分布,创新编写X-Z面的逆光场算法,将X-Z面的光场分布经过逆傅里叶变化转化为X-Y面的二维相位,基于此,改进GS算法便可以运行。

基于改进GS算法进行优化,得到23个多焦点分布,其非均匀性为3.36%。

基于MATLAB优化的多焦点相位_X-Z光场算法_05

图5 多焦点光场分布

基于MATLAB优化的多焦点相位_GS算法_06

图6 多焦点能量分布

3 总结

基于MATLAB编写的改进GS算法,可以优化出任意分布的多焦点,其非均匀性达到5%以下。

公众号“320科技工作室”

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