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) P#hRqETw @6G)(NGD 简述案例 {C5:as u&Ic 光源 ;F258/J gttsxOgktH - 像散光红外激光二极管 ht2Fie 元件 X0
|U?Ib? - 用于准直光束的折射透镜系统 ,pD sU @ - 生成贝塞尔光束的锥透镜 .9vS4C - 聚焦非球面透镜 A.r7 ks 探测器 68z#9}
- 点列图 06&;GW!- - 聚焦区域的1D和2D研究 5&s6(?,Eu - 焦深(DOF) jz<}9Kze - 光束参数 PFX,X 模拟/设计 "]=OR> - 光线追迹:初始焦点位置探测 Zeg'\&w0s - 场追迹:计算贝塞尔光束实际的形状和焦深 J-<P~9m~I ?sQg{1"Zr 系统描述 |/K|Vwa fsjLD|?|: P{)D_Bi 模拟&设计结果 y7UU'k` # QwX|x{
V5lUh#@TN& 其他VirtualLab Fusion特征 "~ID.G|< _5 SvZ;4 在此案例中,你将受益于以下所选的特性: &$|~", 焦区域分析: \L(jNN0_R - 剖面线分析器 6ZIPe~` - 参数运行文件 :(XyiF<Ud - HWxM探测器 "J,|),Yd 得到不同有益的信息/说明性的结果等 FL \pgbI - 光束质量:光束尺寸和形状 n@+?tYk*e - 焦深 enPtW - 不同2D和3D图样,显示了光束沿着光轴在焦区域传播 :? B4q#]N >Y4^<!\v 总结 o`n8Fk}i Xd:{.AXW oA5Qk3b: 在这个例子中,它表明了如何通过一对锥透镜来减小焦斑尺寸以及增加焦深,。 liYsUmjZ= 分析贝塞尔光束在焦区域的传播。 Y[L,rc/j VirtualLab 能够进行对特殊的元件,如锥透镜生成的光束,能够进行物理光学,如光束的轮廓和聚焦分析。 0E#??gN E&J<qTH9 wm#(\dj LIG@` 详述案例 !7\dr ) ?H8w;Csq- 系统参数 (QIU 3EN b&!}SZ 案例内容 o%+w:u. a"P &
9c 这个应用案例演示了通过锥透镜对生成“非衍射”(“non-diffractive”)贝塞尔光束以减小焦斑尺寸并增加焦深。 @XG1d)sE CX/[L)|Ru 模拟任务 xytWE:= t'Yd+FK
ij]~n }2LG9B% 3q/"4D 规格:非准直输入激光光束 0(c,J$I]Z!
z}J~X%}e
Uot(3p!S6 与BDS.0001类似 ?W ^`Fa)]o 单模红外二极管激光器光源 br88b`L ;PMPXN'z6 o]p$
w[5 规格:准直透镜和之后的光 *8qRdI9 "8a
V~]~Dj
BDS.0001中的透镜 "T /$K 其后的光束参数 ){/n7*#Th% nZj&Ma7R 规格:锥透镜对 3U?gw!M> YH^U"\}i 锥透镜对由两个相同的锥透镜组成。 *RJD^hu 张角通常是定义为逆时针。 B[sI7D>Y Se??E+aX
)LG!"~qiz 第二个锥透镜沿光轴放置,并平行于第一个锥透镜,两者的相对距离为20.3672mm。张角为+20°。因此锥透镜对起到类似一个1.0扩束起的作用。 te;bn4~ /tkV/
71(ppsHk 1 h(n}u 规格:非球面聚焦透镜 }6u}?>S 从目录的非球面标签下选择一个平凸非球面透镜。 W"/,<xHuh 模型:ALL12-25-S-U(A12-25LPX) X..M!3W 0Q>
*W | 在BDS.0002中,当波长为1064nm的时候,其后焦距为22.576mm 4%v-)HGh r8y,$Mv<)0
G|&$/]~ kazgI>"Q8 详述案例 %j2 :W\g: C]ho7qC 模拟&结果 j5hQ;~Fa| )@B! 光线追迹:分析光束焦点 sFfargl 4nd)*0{f file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracing.lpd Ktuv
a3=>N !+hw8@A 场追迹:计算衍射区中的场 ]*DIn1C^ 2sBYy 8.r 0n{+_
几何场追迹+(GFT+)引擎在焦区域以为计算光的传输是准确的。 z2.OR,R}] 实际上,由于几何方法在衍射区域是无效的,则当光束传输受衍射效应影响的时候,必须停止使用GEF+。而在受衍射影响的位置(场重构处)需要使用一种更合适的传输技术。 sN[<{;K4 使用经典场追迹技术可以将此处的重建光场传播到焦区域(=衍射区)。 q 3,p=ijJ file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+.lpd !9C]Fs*`? s?sr0HZ 场追迹:计算重建平面上的场 t]t(/x# w&^Dbme 0*OK]`9 为了计算衍射区内的场,在离非球面18.5mm处,即几何区域的终结处,使用了几何场追迹虚拟屏探测器。 OJ\j6owA 光作用于锥透镜的非连续性顶点会干扰了场数值的重构,因此必须使用一个光阑阻止此效应。 ->'q file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+.lpd oXwcil %E":Wv 使用场追迹计算衍射区域的光传输 ewYk> B`%%,SLJ a,t]> z95 通过经典场追迹,运用获得的重构场以计算衍射区域的光场分布。 8
=3#S'n 为了实现此目的,生成一个新的LPD,以将重构场放置在存储场元件(Stored Field Component)中。 d$D3iv^hyx 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。 f xD|_ 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。 \$8p8MP<&D +P*,i$MV file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFT.lpd P^/e!%UgC dBL{Mbh2Z 在XZ-平面上研究焦区域 xtS0D^ A@EUH 先前的LPD是用来执行一个参数运行,为了改变焦点和重建平面之间的距离——从3.8mm到4.3mm(对应于从22.3mm和22.8mm之间的一个非球面距离)以来研究焦区域。 8{.:$T 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)。 XR)I,@i`' 相比之下,锥透镜对在XZ-平面提供了一个光束更小的焦点。 }PzYt~Z`@ file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegion.run wdgC{WGl nR?m,J 在YZ-平面上研究焦区域 '6>nXp?)r 5~omZ,qe 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)。 :B_ itl0{e 相比之下,锥透镜对在YZ-平面提供了一个光束更小的焦点。 (Bfy
file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegion.run }15ooe% 1QDAfRx 焦区域内的光束宽度 '"Dgov$q KA{Y*m^7 为了对焦区域的光束进行一个更详细的评估,分别计算了包含(BDS.0004)和不包含(BDS.0002)锥透镜对光学系统焦区域光束的半高宽(HWHM),并使用了高斯TEM00模式进行对比,如下图所示。 1j^FNg~ 通过使用锥透镜对,可以很明显的看出聚焦光斑尺寸和聚焦深度得到了明显的提高。 JMYM}G T$xY]hqr file: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002&0004.da y$pT5X G L}U fd >* 理论上,锥透镜产生理想的贝塞尔光束。这些光束有在焦区域内沿着一定的具有距离“非衍射”的特性。 .SSj=q4? 因此,与相似光束尺寸高斯光束相比,贝塞尔光束在焦区域内有更高的焦深和较小的发散角。 0 Pa\:^/6 为了对比焦深,将其定义为距离,即束腰(定义为HWHM)与因子√2的乘积。 A?OaP
3Q(#2tL= 为了比较焦深,计算了高斯TEM00模以作为参考,所有光束的焦面上,其光束束腰与贝塞尔光束束腰类似。 @Nt$B'+S& 作为对比,计算处的两者的束腰和焦深在下表中列出。 c_bIadE{ 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,。 8|p*T&Cn& 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。 U_c9T> = 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。 faaFmEC 1=%\4\ HveOG$pT 透镜后22.576mm处焦斑的强度 DW~< 8 i(XqoR-x
file used: BDS.0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFT.lpd 其他VirtualLab Fusion特征
liq9P,( wp8ocZ-Gj 在此案例中,你将从以下选择的特征中获益 -^LEGKN 焦区域分析: b]U%|bp - 剖面线探测器
fg1["{\ - 参数运行文件 Rm!Iv&{ - HWxM探测器 :Yqi5CR 得到不同的信息/说明性结果等 6muZE1sn - 光束质量:光束尺寸和形状 vL7JzSU_ - 焦深 R nf$
- 不同2D和3D图样,显示了光束沿着光轴在焦区域传播 `!\`yI$!%w [SJ*ks,] 总结 &iD |