圖1. 軸錐鏡和透鏡將光束轉化為中空的瓶束

建模任務：

軸錐鏡和透鏡構成的系統可以將高斯光束整形為環形光束，并且可以生成三維的瓶底光束。這一期將通過對這個系統的建模帶領大家了解VirtualLab Fusion的參數掃描功能和動圖的生成過程。

軸錐鏡的傳輸函數為exp(-i2π/λrα)，其中λ為波長，α是徑向調控因子。透鏡的傳輸函數則是exp(-i2π/λr^2/f/2)，f為焦距。如圖2所示，二者均可以通過可編程函數進行建模。

圖2. 通過Programmable Function定義軸錐鏡參數和透鏡參數

搭建好的光路圖如圖3所示，光源為0.5mm，532nm高斯光束，經過整形系統后形成中空瓶束，放置在特定位置的探測器可以獲得此處的橫向光場分布

圖3. 光路圖

圖4展示了分別位于30mm和100mm處的光斑。可以看到在30mm處為貝塞爾光束，而在100mm處為環形光束，整體構成了3D的中空瓶束。

圖4. 不同位置的光斑分布

打開New Parameter Run，點擊下一步。

圖5. New Parameter Run對話框

在這一步，可以選擇希望掃描的參數，比如這里讓探測器從0到100mm，步長為10，即它會記錄10個位置的強度分布。

圖6. 選擇對應的參數，設置初始值和終值，設置步長接著點擊下一步。

圖7. 迭代參數預覽

設置為場追跡引擎，顯示探測器結果。點擊下一步。

圖8. 選擇場追跡引擎

點擊Go。

圖9. 啟動界面

運行完成后先選擇對應的行，確保Combined Output這一項為Animation，點擊Create Output from Selection可以生成對應的動畫。

圖10. 選擇對應的參數集，創建動畫文件

在File->Export可以選擇導出為GIF或者視頻格式。

圖11. 導出動畫為GIF格式或視頻格式

當軸錐鏡和透鏡的距離小于等于焦距，會出現一端閉合另一端開口的瓶束，如圖12所示：

圖12. 軸錐鏡和透鏡距離為100mm時的結果

當軸錐鏡和透鏡的距離大于焦距，比如焦距為100mm,距離為160mm時會出現兩端均閉合的3D瓶束,如圖13所示：

圖13. 軸錐鏡和透鏡距離為160mm時的結果

圖14. 導出的GIF動畫

總結

這一期首先用可編程函數對軸錐鏡-透鏡瓶束生成系統進行了建模，并使用參數掃描功能改變探測器的位置探測不同位置的光場分布，使用Animation創建動畫。VirtualLab Fusion支持多元化仿真，參數掃描功能可以助力系統優化。