通过使用锥透镜对生成贝塞尔光束以优化焦斑大小和焦深
光束传输系统(BDS.0004 v1.0) rQ6>*0xL_ s,pg4nst56 简述案例 g$vOWSI+ fU\;\ 光源 D #7q3s bE@Eiac - 像散光红外激光二极管 'NCx <0* 元件 'cAS>s"$}V - 用于准直光束的折射透镜系统 ]0SqLe - 生成贝塞尔光束的锥透镜 O(9*VoD - 聚焦非球面透镜 @?;)x&<8?3 探测器 lDF7~N9J_ - 点列图 1_]%, - 聚焦区域的1D和2D研究 :7 JP(j2 - 焦深(DOF) (d*||" - 光束参数 94]i|2qj* 模拟/设计 5*Qzw[[= - 光线追迹:初始焦点位置探测 ts("(zI1E - 场追迹:计算贝塞尔光束实际的形状和焦深 %o0 H#7' ${}9/(x/^ 系统描述 .u=|h3& 3+
2&9mm Iz;^D! 模拟&设计结果 jxt]Z3a ~0 VVpJ +
OECVExb@eH 其他VirtualLab Fusion特征 cS2]?zI Ul'H(eH.v 在此案例中,你将受益于以下所选的特性: Fu\#:+5\ 焦区域分析: tA'5ufj*: - 剖面线分析器 -^;,m=4{3 - 参数运行文件 }jU)s{>fb - HWxM探测器 h|ib*%P_ 得到不同有益的信息/说明性的结果等 9C7HL;MF - 光束质量:光束尺寸和形状 ~V?\@R:g - 焦深 w>}n1Nc$G - 不同2D和3D图样,显示了光束沿着光轴在焦区域传播 ~r'ApeI9 }w2Et 总结 {ot6ssT=D wuXH' cWo__EE 在这个例子中,它表明了如何通过一对锥透镜来减小焦斑尺寸以及增加焦深,。 tL1\q Qg 分析贝塞尔光束在焦区域的传播。 ac966<# VirtualLab 能够进行对特殊的元件,如锥透镜生成的光束,能够进行物理光学,如光束的轮廓和聚焦分析。 ae2SU4Jx '?fGI3b~/ gw%L M7yQR Y%@;\ 详述案例 twK 3 0dI7{o;<| 系统参数 'aEN(Mdz1e ] \!,yiVeU 案例内容 Gl6:2 x") Bmw$ 这个应用案例演示了通过锥透镜对生成“非衍射”(“non-diffractive”)贝塞尔光束以减小焦斑尺寸并增加焦深。 JE*?O*&|Q 7 n^1H[q 模拟任务 oR7f3';?6 Ox)_7A %.Kr`#lCr lL5* l,)To qzLD 规格:非准直输入激光光束 s$0dLEa9 [ :Sl~
]gF=I5jn] 与BDS.0001类似 vBM<M3 单模红外二极管激光器光源 PpNG`_O 1|>bG#| *KU:D Y{ 规格:准直透镜和之后的光
J9y}rGO qF`]}7"^
BDS.0001中的透镜 ~3-+~y=o~ 其后的光束参数 f}ch1u> D`.\c#;cN 规格:锥透镜对 hAP2DeT$ $YJi]:3& 锥透镜对由两个相同的锥透镜组成。 n* .<L 张角通常是定义为逆时针。 fi&>;0?7 !ZCxi
|S]fs9 第二个锥透镜沿光轴放置,并平行于第一个锥透镜,两者的相对距离为20.3672mm。张角为+20°。因此锥透镜对起到类似一个1.0扩束起的作用。 iV\*7 o$7UWKW8
Bi"cWO Fta=yH} 规格:非球面聚焦透镜 +apn3\_ 从目录的非球面标签下选择一个平凸非球面透镜。 kKDf%= 模型:ALL12-25-S-U(A12-25LPX) f'qM?GlET 2n#H%&^?a
]~ S
zb 在BDS.0002中,当波长为1064nm的时候,其后焦距为22.576mm CwyE8v :x^e T
oL!C(\ERh gd]_OY7L 详述案例 89P7iSV#* /R6\_oM 模拟&结果 ygK,t*T20 xf|C{XV@H 光线追迹:分析光束焦点 %/!f^PIwX "{~^EQq, file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracing.lpd Y
7?q` bz [?M} 场追迹:计算衍射区中的场 U><$p{) g"g3|$#Ej| %/_E8GE
几何场追迹+(GFT+)引擎在焦区域以为计算光的传输是准确的。 d*@K5?O. 实际上,由于几何方法在衍射区域是无效的,则当光束传输受衍射效应影响的时候,必须停止使用GEF+。而在受衍射影响的位置(场重构处)需要使用一种更合适的传输技术。 3q6FV7Fv&b 使用经典场追迹技术可以将此处的重建光场传播到焦区域(=衍射区)。 TIF =fQ file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+.lpd 8hSw4S"$ KmWd$Qy, 场追迹:计算重建平面上的场 li#ep?5h^ y`7b3*P o+- 0`!yj 为了计算衍射区内的场,在离非球面18.5mm处,即几何区域的终结处,使用了几何场追迹虚拟屏探测器。 SWT)M1O2 光作用于锥透镜的非连续性顶点会干扰了场数值的重构,因此必须使用一个光阑阻止此效应。 tCu.Fc@ file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+.lpd |F qujZz -f?,%6(1 使用场追迹计算衍射区域的光传输 7$*x&We rV*Ri~Vx U_UN& /f 通过经典场追迹,运用获得的重构场以计算衍射区域的光场分布。 3 [O+wVv 为了实现此目的,生成一个新的LPD,以将重构场放置在存储场元件(Stored Field Component)中。 20:![/7:! 然后可以添加各种元件,如光学组件或探测器,经典场追迹为场提供了更准确的评价。 OhM_{]* 此LPD可以用于优化和使用自动化工具,例如参数运行(Parameter Run),通过改变到探测器距离来研究光束焦区域。 vJX0c\e uOh file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFT.lpd iWkC:fQz oTTE<Ct[ 在XZ-平面上研究焦区域 $j4/ohwTDY c68,,rJO]i 先前的LPD是用来执行一个参数运行,为了改变焦点和重建平面之间的距离——从3.8mm到4.3mm(对应于从22.3mm和22.8mm之间的一个非球面距离)以来研究焦区域。 i7&ay\+@ 两图都显示了焦区域内沿x-轴的光强分布(上图为BDS.004,下图为BDS.002)。 [LV>z 相比之下,锥透镜对在XZ-平面提供了一个光束更小的焦点。 "DX2Mu= file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegion.run iRV=I, w5t|C> 在YZ-平面上研究焦区域 jm'^>p,9G i
nk!>Z 两图都显示了焦区域内沿y-轴的光强分布(上图为BDS.004,下图为BDS.002)。 pTH5-l_f] 相比之下,锥透镜对在YZ-平面提供了一个光束更小的焦点。 g?u=n`k]\ file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegion.run JC/nHM /HdjPxH 焦区域内的光束宽度 zkd^5A; ` 02YmV% 为了对焦区域的光束进行一个更详细的评估,分别计算了包含(BDS.0004)和不包含(BDS.0002)锥透镜对光学系统焦区域光束的半高宽(HWHM),并使用了高斯TEM00模式进行对比,如下图所示。 :+8qtIytKX 通过使用锥透镜对,可以很明显的看出聚焦光斑尺寸和聚焦深度得到了明显的提高。 Q+O./1x*, Sb }=j;F file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002&0004.da +{%)}?F j&q%@%Gm 理论上,锥透镜产生理想的贝塞尔光束。这些光束有在焦区域内沿着一定的具有距离“非衍射”的特性。 RQ 8;_)% 因此,与相似光束尺寸高斯光束相比,贝塞尔光束在焦区域内有更高的焦深和较小的发散角。 E+$D$a 为了对比焦深,将其定义为距离,即束腰(定义为HWHM)与因子√2的乘积。 ~CHVU3
F><ficT 为了比较焦深,计算了高斯TEM00模以作为参考,所有光束的焦面上,其光束束腰与贝塞尔光束束腰类似。 ezS@`_pR; 作为对比,计算处的两者的束腰和焦深在下表中列出。 9vCCE[9 请注意,由于进入锥透镜的光束是一种像差和像散高斯光束,则最终生成的光束不可能是理想贝塞尔光束,。 ,hp8b$ 有趣的是,通过使用锥透镜对,光束的像散特性在焦区域得到了明显的提升。这可以在光束y剖面的参数上看出来。 N_l_^yD 此外,相比于有相似束腰的高斯光束,生成的贝塞尔光束的焦深增加了4倍。 F4IU2_CnPD C>QWV[F qTGi9OP6/ 透镜后22.576mm处焦斑的强度 vX&W;& VDiW9]
file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFT.lpd 其他VirtualLab Fusion特征 VuD{t%Jb {W=5
J7 在此案例中,你将从以下选择的特征中获益 1R7tnR@[u 焦区域分析: ju1B._48 - 剖面线探测器 X, }(MW - 参数运行文件 WS%yV|e - HWxM探测器 g|tclBx 得到不同的信息/说明性结果等 2G_]Y8 - 光束质量:光束尺寸和形状 N686~ - 焦深 HumL(S'm - 不同2D和3D图样,显示了光束沿着光轴在焦区域传播 d)d0,fi?- YdN]Tqc 总结 dk 0} q6~ 0g#x QzE s&XL |