案例307.01
這個(gè)例子演示了由折射光束整形器會(huì )話(huà)編輯器來(lái)設置光束整形器系統。生產(chǎn)的系統的光學(xué)性能可以由VirtualLab Fusion的參數優(yōu)化得到改善。
1.建模任務(wù)
2. 系統設置的會(huì )話(huà)編輯器
• 應用折射光束整形器會(huì )話(huà)編輯器輔助搭建標準的光束整形系統。
• 必須指定入射光束，光學(xué)設置和輸出場(chǎng)的參數。
• 所有參數的會(huì )話(huà)編輯器都存儲在該文件中“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_1.seditor”
（1）設置入射場(chǎng)參數，波長(cháng)為632.8nm，腰束直徑為8mm
（2）光學(xué)設置選擇Fresnel Setup
（3）設置到輸出場(chǎng)的距離為200mm
（4）輸出場(chǎng)整形設置：維度為2D Top Hat，Circular Shape形狀。
（5）設置期望的Top Hat尺寸
（6）評價(jià)函數設置
（7）光束整形器孔徑直徑設置（默認情況下自動(dòng)設置）
（8）選擇整形器材料以及設置中心厚度
（9）確定光束整形器非球面系數級次范圍
點(diǎn)擊Finish，完成設計
3. 由會(huì )話(huà)編輯器生成系統
會(huì )話(huà)編輯器生成一個(gè)包含高斯波光源，光學(xué)界面系列元件的光路圖，來(lái)模擬光束整形器和衍射光學(xué)價(jià)值函數探測器，來(lái)分析生成的Top Hat質(zhì)量。
• 通過(guò)一個(gè)解析幾何光學(xué)方法，會(huì )話(huà)編輯器計算光束整形表面。
• 評價(jià)函數：
- SNR（信噪比）：22dB
- 效率：90%
• 由于Top Hat的邊緣寬度太小，因此信噪比相對較低。
4.參數優(yōu)化文檔，打開(kāi)參數優(yōu)化文檔，選擇變量，設置優(yōu)化目標，開(kāi)始優(yōu)化
• 參數優(yōu)化可以提高Top Hat的信噪比。應用經(jīng)典場(chǎng)追跡模擬系統時(shí)可以將衍射，干涉以及像差效應考慮在內，因此可以小Top Hat的邊緣寬度。
• 優(yōu)化文檔存儲在文件“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_2.opt”。
• 轉換效率和信噪比通過(guò)參數優(yōu)化進(jìn)行了優(yōu)化。
• 由于效率已經(jīng)相當不錯了，因此會(huì )增加信噪比對普通評價(jià)函數的影響。
下山單純形算法用于局部?jì)?yōu)化。
5.優(yōu)化結果
• 優(yōu)化后的Top Hat性能：
- SNR：39dB
- 效率：91%
SNR顯著(zhù)增大。
• 優(yōu)化的光路圖存儲在“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_3.lpd”。
• 盡管整體高帽形狀得到了優(yōu)化，但高帽在光軸附近仍舊包含具有一定的一致性誤差。光路圖中的第二個(gè)衍射優(yōu)化函數探測器可以用于計算和優(yōu)化高帽中心區域一致性誤差以進(jìn)一步提升光束質(zhì)量并在邊緣形狀和光軸附近的一致性誤差之間尋找平衡。
6.結論
• VirtualLab Fusion允許進(jìn)行折射光束整形系統的參數優(yōu)化。
• 模擬和優(yōu)化考慮了衍射，干涉和像差的影響。
• 信噪比和轉換效率的評價(jià)函數可以用于系統質(zhì)量評估。
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