案例307.01
這個(gè)例子演示了由折射光束整形器會(huì)話編輯器來(lái)設(shè)置光束整形器系統(tǒng)。生產(chǎn)的系統(tǒng)的光學(xué)性能可以由VirtualLab Fusion的參數(shù)優(yōu)化得到改善。
1.建模任務(wù)
2. 系統(tǒng)設(shè)置的會(huì)話編輯器
• 應(yīng)用折射光束整形器會(huì)話編輯器輔助搭建標(biāo)準(zhǔn)的光束整形系統(tǒng)。
• 必須指定入射光束，光學(xué)設(shè)置和輸出場(chǎng)的參數(shù)。
• 所有參數(shù)的會(huì)話編輯器都存儲(chǔ)在該文件中“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_1.seditor”
（1）設(shè)置入射場(chǎng)參數(shù)，波長(zhǎng)為632.8nm，腰束直徑為8mm
（2）光學(xué)設(shè)置選擇Fresnel Setup
（3）設(shè)置到輸出場(chǎng)的距離為200mm
（4）輸出場(chǎng)整形設(shè)置：維度為2D Top Hat，Circular Shape形狀。
（5）設(shè)置期望的Top Hat尺寸
（6）評(píng)價(jià)函數(shù)設(shè)置
（7）光束整形器孔徑直徑設(shè)置（默認(rèn)情況下自動(dòng)設(shè)置）
（8）選擇整形器材料以及設(shè)置中心厚度
（9）確定光束整形器非球面系數(shù)級(jí)次范圍
點(diǎn)擊Finish，完成設(shè)計(jì)
3. 由會(huì)話編輯器生成系統(tǒng)
會(huì)話編輯器生成一個(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(shù)探測(cè)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)話編輯器計(jì)算光束整形表面。
• 評(píng)價(jià)函數(shù)：
- 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(duì)較低。
4.參數(shù)優(yōu)化文檔，打開參數(shù)優(yōu)化文檔，選擇變量，設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)，開始優(yōu)化
• 參數(shù)優(yōu)化可以提高Top Hat的信噪比。應(yīng)用經(jīng)典場(chǎng)追跡模擬系統(tǒng)時(shí)可以將衍射，干涉以及像差效應(yīng)考慮在內(nèi)，因此可以小Top Hat的邊緣寬度。
• 優(yōu)化文檔存儲(chǔ)在文件“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_2.opt”。
• 轉(zhuǎn)換效率和信噪比通過(guò)參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了優(yōu)化。
• 由于效率已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了，因此會(huì)增加信噪比對(duì)普通評(píng)價(jià)函數(shù)的影響。
下山單純形算法用于局部?jī)?yōu)化。
5.優(yōu)化結(jié)果
• 優(yōu)化后的Top Hat性能：
- SNR：39dB
- 效率：91%
SNR顯著增大。
• 優(yōu)化的光路圖存儲(chǔ)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(shù)探測(cè)器可以用于計(jì)算和優(yōu)化高帽中心區(qū)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(jié)論
• VirtualLab Fusion允許進(jìn)行折射光束整形系統(tǒng)的參數(shù)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(zhuǎn)換效率的評(píng)價(jià)函數(shù)可以用于系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)估。
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