案例307.01

 

這個例子演示了由折射光束整形器會話編輯器來設置光束整形器系統。生產的系統的光學性能可以由VirtualLab Fusion的參數優化得到改善。
 

1.建模任務

 

 

2. 系統設置的會話編輯器

     

? 應用折射光束整形器會話編輯器輔助搭建標準的光束整形系統。

? 必須指定入射光束，光學設置和輸出場的參數。

? 所有參數的會話編輯器都存儲在該文件中“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_1.seditor”

 

（1）設置入射場參數，波長為632.8nm，腰束直徑為8mm

 

 

（2）光學設置選擇Fresnel Setup

 

 

（3）設置到輸出場的距離為200mm

 

（4）輸出場整形設置：維度為2D Top Hat，Circular Shape形狀。

 

（5）設置期望的Top Hat尺寸

 

（6）評價函數設置

 

 

（7）光束整形器孔徑直徑設置（默認情況下自動設置）

 

（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

 

點擊Finish，完成設計
 

3. 由會話編輯器生成系統

 

會話編輯器生成一個包含高斯波光源，光學界面系列元件的光路圖，來模擬光束整形器和衍射光學價值函數探測器，來分析生成的Top Hat質量。

 

 

? 通過一個解析幾何光學方法，會話編輯器計算光束整形表面。

? 評價函數：

- 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。

4.參數優化文檔，打開參數優化文檔，選擇變量，設置優化目標，開始優化

 

 

? 參數優化可以提高Top Hat的信噪比。應用經典場追跡模擬系統時可以將衍射，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參數優化進行了優化。

? 由于效率已經相當不錯了，因此會增加信噪比對普通評價函數的影響。

 

下山單純形算法用于局部優化。
 

5.優化結果

 

? 優化后的Top Hat性能：

- SNR：39dB

- 效率：91%

SNR顯著增大。

? 優化的光路圖存儲在“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。光路圖中的第二個衍射優化函數探測器可以用于計算和優化高帽中心區域一致性誤差以進一步提升光束質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允許進行折射光束整形系統的參數優化。

? 模擬和優化考慮了衍射，干涉和像差的影響。

? 信噪比和轉換效率的評價函數可以用于系統質量評估。