非球面レンズの焦点の検証｜VirtualLab技術情報

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

Get Started 動画:

Introduction to the Light Path Diagram

Introduction to the Parameter Run

Introduction to Parametric Optimization