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1. 系統詳細內容
光源
— 具有發(fā)散角的紅外激光二極管
元件
— 折射準直系統及具有雙合透鏡的聚焦系統
探測器
— 點(diǎn)列圖
— 強度分布
— 光束參數
建模/設計
— 光線(xiàn)追跡：初始優(yōu)化。
— 場(chǎng)追跡：進(jìn)一步降低點(diǎn)尺寸。
2. 系統說(shuō)明
3. 建模與設計結果
光束參數的參數優(yōu)化
4. 總結
對使用光線(xiàn)追跡所設計的透鏡應用場(chǎng)追跡進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以提高透鏡性能。
第一步：利用光線(xiàn)追跡進(jìn)行快速的預優(yōu)化以獲得合適的起始點(diǎn)以用于隨后場(chǎng)追跡優(yōu)化。
第二步：將衍射效應考慮在內，應用場(chǎng)追跡進(jìn)行精細化優(yōu)化。
應用示例詳細內容
系統參數
1. 應用實(shí)例的內容
該案例是一組相關(guān)示例中的一部分：
BDS.0001，BDS.0002以及BDS.0003主要關(guān)于一個(gè)折射型光束傳輸系統
2. 設計任務(wù)
3. 參數：非準直入射激光束
4. 參數：準直透鏡和后續光線(xiàn)
5. 參數：雙合透鏡
(*)來(lái)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(guò)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。
應用參數優(yōu)化文件自動(dòng)執行具有可變曲率半徑的迭代仿真，直至獲得最小的聚焦點(diǎn)。
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(diǎn)。
為評價(jià)聚焦光斑，在目標焦平面處放置光束尺寸或光束參數探測器。
2. 光線(xiàn)追跡：預優(yōu)化
光線(xiàn)追跡仿真具有速度快的優(yōu)點(diǎn)。
因此，我們使用VirtualLab 中的光線(xiàn)追跡引擎進(jìn)行第一步預優(yōu)化。隨后，利用經(jīng)典場(chǎng)追跡引擎對結果進(jìn)行細化。
3. 光線(xiàn)追跡：優(yōu)化過(guò)程
通過(guò)光線(xiàn)追跡仿真，在142步優(yōu)化過(guò)程中，VirtualLab變化4個(gè)表面的半徑，并找到最小焦點(diǎn)直徑。
4. 光線(xiàn)追跡：預優(yōu)化后的聚焦表面
VirtualLab列出了參數以及優(yōu)化的結果。在最有一列中顯示了4個(gè)表面的曲率半徑預優(yōu)化結果。
5. 光線(xiàn)追跡：3D評價(jià)
3D光線(xiàn)追跡系統分析器顯示了預期的聚焦效果
6. 光線(xiàn)追跡：聚焦點(diǎn)尺寸
在光線(xiàn)追跡優(yōu)化過(guò)程中，我們利用光束尺寸探測器評價(jià)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(zhì)心)：2.27µm X 2.60µm(小于衍射極限)。
7. 改進(jìn)：由光線(xiàn)追跡到場(chǎng)追跡
因為存在衍射效應，基于幾何光學(xué)的仿真不能夠對光實(shí)際的分布進(jìn)行評價(jià)，。
在焦點(diǎn)區域內的情況
場(chǎng)追跡仿真可以考慮所有的波動(dòng)光學(xué)效應。
因此，你可以
利用場(chǎng)追跡仿真檢查和改進(jìn)
你的光線(xiàn)追跡設計。
8. 場(chǎng)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(xué)場(chǎng)追擊仿真，考慮了衍射效應的同時(shí)，應用基于第二動(dòng)量理論的光束參數探測器。
場(chǎng)追跡結果值“束腰距離X×Y”已表明，由于衍射效應，光線(xiàn)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(jìn)行基于場(chǎng)追跡的第二步優(yōu)化，并以預優(yōu)化后的表面數據作為初始值。
9. 場(chǎng)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(gè)面，我們在20mm的距離得到最優(yōu)焦點(diǎn)。
此外，這種微調通常僅僅進(jìn)行微量的改變，因此我們?yōu)榍拾霃降淖兓付ㄒ粋�(gè)較小的范圍。
10. 場(chǎng)追跡：最終結果
通過(guò)優(yōu)化最有一個(gè)表面，我們改變束腰接近接近期望位置。因此，聚焦點(diǎn)尺寸進(jìn)一步減小。
即使對于這個(gè)低數值孔徑(NA)，場(chǎng)追跡能夠使我們改善最終聚焦點(diǎn)半徑：
0.12um×0.24um(1.4%×4.8%)
11. 結果補償(第1步&第2步)&半徑
在參數概覽中顯示了4個(gè)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(xiàn)追跡所設計的透鏡應用場(chǎng)追跡進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以提高透鏡性能。
第一步：利用光線(xiàn)追跡進(jìn)行快速的預優(yōu)化以獲得合適的起始點(diǎn)以用于隨后場(chǎng)追跡優(yōu)化。
第二步：將衍射效應考慮在內，應用場(chǎng)追跡進(jìn)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的更多細節
啟動(dòng)視頻
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