TECHNICAL KNOWLEDGEBASE
【Basic Edition】
2023-03-10
非球面レンズの焦点の検証
設定の詳細
- 光源
― 非点収差IRレーザーダイオード - 構成
― コリメートして非球面に焦点を合わせる屈折レンズ系 - ディテクタ
― スポットダイアグラム
― 波面収差
― 焦点領域の1Dおよび2D検証
― ビームパラメータ - モデリング・設計
― 光線追跡:初期焦点位置検出
― フィールドトレーシング:より正確な回折を含む焦点検査
システムの図解
モデリングと設計の結果
追加のVirtualLab機能
この例では、次のような利点がある。
- 非球面レンズの集光能力を解析する
- 次の方法で焦点位置を確認
― フォーカスファインダツール
― パラメータランドキュメント
― ビームパラメータディテクタ - 以下のようなさまざまな有益な結果を得ることができる
― レンズ収差
― 良質なビーム:スポットサイズ/形状、M²値
― フォーカスを示す多様な2D&3D図
まとめ
VirtualLabを使用すれば以下のようなことが可能になる:
- フィールドトレーシングによる高精度焦点位置決め
- 位置設定は次の2段階で行われる
− 光線追跡による迅速な焦点検出
− フィールドトレーシングによる高精度焦点検証
関連するアプリケーション例
- BDS.0001、BDS.0002、BDS.0003は屈折ビーム伝送システムを扱う
- この例では、非球面カタログレンズの焦点領域検証が示されている
- BDS.0003では、ビーム集光のための二重レンズ設計が行われる
シミュレーションタスク
仕様:コリメートされていない入射レーザービーム
仕様:コリメーションレンズと背後のライト
仕様:非球面レンズ
- Asphericonの凸面非球面レンズをカタログから選択する
- モデル:ALL12-25-S-U (A12-25LPX)
このレンズは異なる波長用に設計されているため、最初は1064nmの適合性と品質を確認する必要がある。
レンズの原点(カタログとウェブサイト)
VirtualLabの「LightTrans Defined」コンポーネントカタログには、Asphericon社のレンズがある。
さらに、AsphericonはWebサイト上でVirtualLabファイルも提供している。
光線追跡とクラシックフィールドトレーシングの設定
焦点領域の詳細な検証には、光線追跡とクラシックフィールドトレーシングシミュレーションが適用される。
- また、焦点の周りでライトのZ距離を多様に変えて確認する。
- システムの変更されていない部分を複数回シミュレートする必要はなく、非球面レンズの直後のドットダイアグラムとライトフィールド分布を計算して保存し、パラメータラン評価を実行する。
光線追跡を介して焦点位置を見つける
- 提供されたAsphericonファイルは、780nmの設計波長の後側焦点距離のみをあらわしている。
- Focus Finder Toolを使用して、開始距離0mmの1064nmの希望波長を使用。
光線追跡:最適化されたワーキングディスタンス
BFL=22.60mmの場合の3D光線追跡解析
光線追跡:ラジアル方向RMS直径評価
- ラジアル方向の最小RMS直径は、22.56mmの後側焦点距離で光線追跡によって検出される。
- この距離に対して、ラジアル方向RMS直径の計算は5.55µmになる。
次に、従来のフィールドトレーシングを使用して設定を評価します。
フィールドトレーシング:詳細解析
フィールドトレーシングにより、すべてのライトフィールドプロパティの評価が可能。例として、
- 強度値と位相値を確認
- ビームパラメータディテクタを用いて、ビームの詳細を検証
フィールドトレーシングは、焦点スポットの検証に最も関係する回折効果を考慮
想定される焦点面の周りで様々なZ位置のフィールドを解析することにより、集光された光の形成を観察し、光線追跡とフィールドトレースのシミュレーションの結果を比較することができる
ビーム半径とレンズからの距離
フィールドトレーシング:波面収差
- VirtualLabでは、非球面レンズの直後の位相を検証し、目的の球面の位相値を無視することが可能。
- 従って、残留位相変調のみが残る。
- それらはこのレンズの収差を表しているのではなく、コリメートされた入射光による、残りの変わらない小さな位相収差である。
22.60mmの距離の焦点スポットの強度
- レンズ収差およびレンズアパチャーでの光のさえぎられる部分のために、ビーム品質(M²値)にやや影響がでる。
- 位相値の評価は、既に焦点位置(ウエスト距離)の確認を可能にする。
焦点領域における1Dフィールド評価
VirtualLabは、1D断面の評価も可能にし、焦点スポットの形成をよりよく把握することができる。
上の図(虹色)は、22mmから23mmのレンズのZ距離でフォーカス領域がどのように見えるかを示す。
- X軸(上)
- Y軸(下)
まとめ
VirtualLabを使用すれば以下のようなことが可能になる:
- フィールドトレーシングによる高精度焦点位置決め
- 位置設定は次の2段階で行われる
− 光線追跡による迅速な焦点検出
− フィールドトレーシングによる高精度焦点検査
参考文献
Introduction to the Light Path Diagram
Introduction to the Parameter Run
Introduction to Parametric Optimization