|
1. 系統(tǒng)詳細內容
光源
— 具有發(fā)散角的紅外激光二極管
元件
— 折射準直系統(tǒng)及具有雙合透鏡的聚焦系統(tǒng)
探測器
— 點列圖
— 強度分布
— 光束參數(shù)
建模/設計
— 光線追跡：初始優(yōu)化。
— 場追跡：進一步降低點尺寸。
2. 系統(tǒng)說明
3. 建模與設計結果
光束參數(shù)的參數(shù)優(yōu)化
4. 總結
對使用光線追跡所設計的透鏡應用場追跡進行進一步優(yōu)化，以提高透鏡性能。
第一步：利用光線追跡進行快速的預優(yōu)化以獲得合適的起始點以用于隨后場追跡優(yōu)化。
第二步：將衍射效應考慮在內，應用場追跡進行精細化優(yōu)化。
應用示例詳細內容
系統(tǒng)參數(shù)
1. 應用實例的內容
該案例是一組相關示例中的一部分：
BDS.0001，BDS.0002以及BDS.0003主要關于一個折射型光束傳輸系統(tǒng)
2. 設計任務
3. 參數(shù)：非準直入射激光束
4. 參數(shù)：準直透鏡和后續(xù)光線
5. 參數(shù)：雙合透鏡
(*)來自肖特2014玻璃
應用示例詳細內容
仿真&結果
1. 如何優(yōu)化(預設置)
通過雙合透鏡的優(yōu)化，使給定條件的準直入射光束聚焦在透鏡后20mm處。
應用參數(shù)優(yōu)化文件自動執(zhí)行具有可變曲率半徑的迭代仿真，直至獲得最小的聚焦點。
由于整體設置的第一部分不變，我們直接將計算所得的光分布放在雙合透鏡前作為起始點。
為評價聚焦光斑，在目標焦平面處放置光束尺寸或光束參數(shù)探測器。
2. 光線追跡：預優(yōu)化
光線追跡仿真具有速度快的優(yōu)點。
因此，我們使用VirtualLab 中的光線追跡引擎進行第一步預優(yōu)化。隨后，利用經(jīng)典場追跡引擎對結果進行細化。
3. 光線追跡：優(yōu)化過程
通過光線追跡仿真，在142步優(yōu)化過程中，VirtualLab變化4個表面的半徑，并找到最小焦點直徑。
4. 光線追跡：預優(yōu)化后的聚焦表面
VirtualLab列出了參數(shù)以及優(yōu)化的結果。在最有一列中顯示了4個表面的曲率半徑預優(yōu)化結果。
5. 光線追跡：3D評價
3D光線追跡系統(tǒng)分析器顯示了預期的聚焦效果
6. 光線追跡：聚焦點尺寸
在光線追跡優(yōu)化過程中，我們利用光束尺寸探測器評價光斑尺寸。
由此產(chǎn)生的光束直徑在X和Y方向上的均方根有效值(指的是質心)：2.27µm X 2.60µm(小于衍射極限)。
7. 改進：由光線追跡到場追跡
因為存在衍射效應，基于幾何光學的仿真不能夠對光實際的分布進行評價，。
在焦點區(qū)域內的情況
場追跡仿真可以考慮所有的波動光學效應。
因此，你可以
利用場追跡仿真檢查和改進
你的光線追跡設計。
8. 場追跡：中間結果
因此，為了更有意義的結果，我們運行物理光學場追擊仿真，考慮了衍射效應的同時，應用基于第二動量理論的光束參數(shù)探測器。
場追跡結果值“束腰距離X×Y”已表明，由于衍射效應，光線追跡優(yōu)化的最佳的聚焦為值與預期的距離20mm不同。
因此，我們進行基于場追跡的第二步優(yōu)化，并以預優(yōu)化后的表面數(shù)據(jù)作為初始值。
9. 場追跡：最終優(yōu)化
對于精細化優(yōu)化步驟，不必改變所有表面。此處我們僅改變最后一個面，我們在20mm的距離得到最優(yōu)焦點。
此外，這種微調通常僅僅進行微量的改變，因此我們?yōu)榍拾霃降淖兓付ㄒ粋�較小的范圍。
10. 場追跡：最終結果
通過優(yōu)化最有一個表面，我們改變束腰接近接近期望位置。因此，聚焦點尺寸進一步減小。
即使對于這個低數(shù)值孔徑(NA)，場追跡能夠使我們改善最終聚焦點半徑：
0.12um×0.24um(1.4%×4.8%)
11. 結果補償(第1步&第2步)&半徑
在參數(shù)概覽中顯示了4個圓錐面的最終曲率半徑，構成了雙合透鏡。
12. 總結
對使用光線追跡所設計的透鏡應用場追跡進行進一步優(yōu)化，以提高透鏡性能。
第一步：利用光線追跡進行快速的預優(yōu)化以獲得合適的起始點以用于隨后場追跡優(yōu)化。
第二步：將衍射效應考慮在內，應用場追跡進行精細化優(yōu)化。
13. 擴展閱讀
以下文件給出了如何在VirtualLab中設置和分析激光系統(tǒng)的更多細節(jié)
啟動視頻
|
