折射光束整形元件参数优化以实现圆形高帽整形

案例307.01

 

这个例子演示了由折射光束整形器会话编辑器来设置光束整形器系统。生产的系统的光学性能可以由VirtualLab Fusion的参数优化得到改善。
 

1.建模任务

 

 

2. 系统设置的会话编辑器

     

• 应用折射光束整形器会话编辑器辅助搭建标准的光束整形系统。

• 必须指定入射光束，光学设置和输出场的参数。

• 所有参数的会话编辑器都存储在该文件中“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_1.seditor”

 

（1）设置入射场参数，波长为632.8nm，腰束直径为8mm

 

 

（2）光学设置选择Fresnel Setup

 

 

（3）设置到输出场的距离为200mm

 

（4）输出场整形设置：维度为2D Top Hat，Circular Shape形状。

 

（5）设置期望的Top Hat尺寸

 

（6）评价函数设置

 

 

（7）光束整形器孔径直径设置（默认情况下自动设置）

 

（8）选择整形器材料以及设置中心厚度

 

 

（9）确定光束整形器非球面系数级次范围

 

点击Finish，完成设计
 

3. 由会话编辑器生成系统

 

会话编辑器生成一个包含高斯波光源，光学界面系列元件的光路图，来模拟光束整形器和衍射光学价值函数探测器，来分析生成的Top Hat质量。

 

 

• 通过一个解析几何光学方法，会话编辑器计算光束整形表面。

• 评价函数：

- SNR（信噪比）：22dB

- 效率：90%

• 由于Top Hat的边缘宽度太小，因此信噪比相对较低。

4.参数优化文档，打开参数优化文档，选择变量，设置优化目标，开始优化

 

 

• 参数优化可以提高Top Hat的信噪比。应用经典场追迹模拟系统时可以将衍射，干涉以及像差效应考虑在内，因此可以小Top Hat的边缘宽度。

• 优化文档存储在文件“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_2.opt”。

• 转换效率和信噪比通过参数优化进行了优化。

• 由于效率已经相当不错了，因此会增加信噪比对普通评价函数的影响。

 

下山单纯形算法用于局部优化。
 

5.优化结果

 

• 优化后的Top Hat性能：

- SNR：39dB

- 效率：91%

SNR显著增大。

• 优化的光路图存储在“Scenario_307.01_Refractive_Top_Hat_Beam_Shaper_3.lpd”。

• 尽管整体高帽形状得到了优化，但高帽在光轴附近仍旧包含具有一定的一致性误差。光路图中的第二个衍射优化函数探测器可以用于计算和优化高帽中心区域一致性误差以进一步提升光束质量并在边缘形状和光轴附近的一致性误差之间寻找平衡。

 

6.结论

• VirtualLab Fusion允许进行折射光束整形系统的参数优化。

• 模拟和优化考虑了衍射，干涉和像差的影响。

• 信噪比和转换效率的评价函数可以用于系统质量评估。