アキシコンペアを用いたベッセルビーム生成に よる焦点 ... · 2019-02-20 ·...
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アキシコンペアを用いたベッセルビーム生成による焦点スポットサイズと焦点深度の最適化
ビーム伝送システム (BDS0004 v12)
アプリケーション例の要約
設定の詳細
3 wwwLightTranscom
bull 光源minus 非点収差IRレーザダイオード
bull 構成minus ビームコリメーション用の屈折レンズシステムminus ビームコリメーション用の屈折レンズシステムminus 集光するための非球面レンズ
bull ディテクタminus スポットダイアグラムminus 焦点領域の1Dおよび2Dでの検証minus 焦点深度(DOF)
minus ビームパラメータ
bull モデリング設計minus 光線追跡初期焦点位置検出minus フィールドトレーシングベッセルビームの実際の形状と焦点深度の計算
コリメーション対物レンズ
システムの図解
ベッセルビームを生成する対のアキシコン
IRレーザーダイオード
の非対称ガウシアンビーム 集光強度分布
カタログからの非球面に焦点を当てる
4 wwwLightTranscom
モデリングと設計の結果
スポットダイアグラム
3Dシステム解析
強度解析
焦点領域解析
5 wwwLightTranscom
VirtualLabの追加機能
この例では次の機能の利点を挙げる
bull 焦点領域解析
―プロファイルラインディテク
―パラメータ実行ドキュメント
― HWxMディテクタ
bull 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
mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
z
6 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例ではどのように焦点スポットサイズを小さくすることができるかと対のアキシコンレンズによって焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルを可能としアキシコンのような特殊な構成によって生成されたビームの焦点解析も可能にする 非球面レンズ後
のビーム
焦点でのビーム
7 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
システムパラメータ
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
アプリケーション例の要約
設定の詳細
3 wwwLightTranscom
bull 光源minus 非点収差IRレーザダイオード
bull 構成minus ビームコリメーション用の屈折レンズシステムminus ビームコリメーション用の屈折レンズシステムminus 集光するための非球面レンズ
bull ディテクタminus スポットダイアグラムminus 焦点領域の1Dおよび2Dでの検証minus 焦点深度(DOF)
minus ビームパラメータ
bull モデリング設計minus 光線追跡初期焦点位置検出minus フィールドトレーシングベッセルビームの実際の形状と焦点深度の計算
コリメーション対物レンズ
システムの図解
ベッセルビームを生成する対のアキシコン
IRレーザーダイオード
の非対称ガウシアンビーム 集光強度分布
カタログからの非球面に焦点を当てる
4 wwwLightTranscom
モデリングと設計の結果
スポットダイアグラム
3Dシステム解析
強度解析
焦点領域解析
5 wwwLightTranscom
VirtualLabの追加機能
この例では次の機能の利点を挙げる
bull 焦点領域解析
―プロファイルラインディテク
―パラメータ実行ドキュメント
― HWxMディテクタ
bull 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
mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
z
6 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例ではどのように焦点スポットサイズを小さくすることができるかと対のアキシコンレンズによって焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルを可能としアキシコンのような特殊な構成によって生成されたビームの焦点解析も可能にする 非球面レンズ後
のビーム
焦点でのビーム
7 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
システムパラメータ
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
設定の詳細
3 wwwLightTranscom
bull 光源minus 非点収差IRレーザダイオード
bull 構成minus ビームコリメーション用の屈折レンズシステムminus ビームコリメーション用の屈折レンズシステムminus 集光するための非球面レンズ
bull ディテクタminus スポットダイアグラムminus 焦点領域の1Dおよび2Dでの検証minus 焦点深度(DOF)
minus ビームパラメータ
bull モデリング設計minus 光線追跡初期焦点位置検出minus フィールドトレーシングベッセルビームの実際の形状と焦点深度の計算
コリメーション対物レンズ
システムの図解
ベッセルビームを生成する対のアキシコン
IRレーザーダイオード
の非対称ガウシアンビーム 集光強度分布
カタログからの非球面に焦点を当てる
4 wwwLightTranscom
モデリングと設計の結果
スポットダイアグラム
3Dシステム解析
強度解析
焦点領域解析
5 wwwLightTranscom
VirtualLabの追加機能
この例では次の機能の利点を挙げる
bull 焦点領域解析
―プロファイルラインディテク
―パラメータ実行ドキュメント
― HWxMディテクタ
bull 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
mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
z
6 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例ではどのように焦点スポットサイズを小さくすることができるかと対のアキシコンレンズによって焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルを可能としアキシコンのような特殊な構成によって生成されたビームの焦点解析も可能にする 非球面レンズ後
のビーム
焦点でのビーム
7 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
システムパラメータ
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
コリメーション対物レンズ
システムの図解
ベッセルビームを生成する対のアキシコン
IRレーザーダイオード
の非対称ガウシアンビーム 集光強度分布
カタログからの非球面に焦点を当てる
4 wwwLightTranscom
モデリングと設計の結果
スポットダイアグラム
3Dシステム解析
強度解析
焦点領域解析
5 wwwLightTranscom
VirtualLabの追加機能
この例では次の機能の利点を挙げる
bull 焦点領域解析
―プロファイルラインディテク
―パラメータ実行ドキュメント
― HWxMディテクタ
bull 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
mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
z
6 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例ではどのように焦点スポットサイズを小さくすることができるかと対のアキシコンレンズによって焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルを可能としアキシコンのような特殊な構成によって生成されたビームの焦点解析も可能にする 非球面レンズ後
のビーム
焦点でのビーム
7 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
システムパラメータ
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
モデリングと設計の結果
スポットダイアグラム
3Dシステム解析
強度解析
焦点領域解析
5 wwwLightTranscom
VirtualLabの追加機能
この例では次の機能の利点を挙げる
bull 焦点領域解析
―プロファイルラインディテク
―パラメータ実行ドキュメント
― HWxMディテクタ
bull 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
mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
z
6 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例ではどのように焦点スポットサイズを小さくすることができるかと対のアキシコンレンズによって焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルを可能としアキシコンのような特殊な構成によって生成されたビームの焦点解析も可能にする 非球面レンズ後
のビーム
焦点でのビーム
7 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
システムパラメータ
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
VirtualLabの追加機能
この例では次の機能の利点を挙げる
bull 焦点領域解析
―プロファイルラインディテク
―パラメータ実行ドキュメント
― HWxMディテクタ
bull 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
mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
z
6 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例ではどのように焦点スポットサイズを小さくすることができるかと対のアキシコンレンズによって焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルを可能としアキシコンのような特殊な構成によって生成されたビームの焦点解析も可能にする 非球面レンズ後
のビーム
焦点でのビーム
7 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
システムパラメータ
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
まとめ
bull この例ではどのように焦点スポットサイズを小さくすることができるかと対のアキシコンレンズによって焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルを可能としアキシコンのような特殊な構成によって生成されたビームの焦点解析も可能にする 非球面レンズ後
のビーム
焦点でのビーム
7 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
システムパラメータ
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
アプリケーション例の詳細
システムパラメータ
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
関連するアプリケーション例
この応用例は対のアキシコンレンズによる「非回折」ベッセルビームの生成を示し焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
BDS0004ベッセルビーム生成用アキシコンレンズペア
BDS0001 コリメーション
レンズ
IBDS0002 ではビームを集光するために非球面レンズを使用した
この例では非球面レンズの前にアキシコンレンズペアを含んでいる
BDS0002フォーカスレンズ
9 wwwLightTranscom
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
設計タスク
コリメーション対物レンズダイオードレーザー
5mm 2037mm 5mm 2256mm
焦点面対のアキシコンレンズ
2つの同一のアキシコンレンズを使用して焦点スポットサイズを縮小し焦点深度を増加させる
10 wwwLightTranscom
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
仕様コリメートされていない入射レーザービーム
レーザー素子からのシングルモードIRダイオードレーザー
パラメータ 値 (単位)
11 wwwLightTranscom
名称型WSLD-1064-050m-
1-PD
波長 1064nm
ビーム強度の発散
10 deg times 20 deg (FWHM)
ie 849 deg times 1699 deg
(referring to 1e2)
偏光 直線(eg x軸に平行)
BDS0001と同様
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
仕様コリメーションレンズと背後のライト
BDS0001でのレンズその背後のビームパラメータ
パラメータ 値(単位)
12 wwwLightTranscom
1e2半径 X x Y 93622 microm times
18607 mm
1 e2発散角 0021245 deg times
0012396 deg
M2をXtimesY方向に 1018 times 11802
波面誤差のRMS ~003
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
仕様アキシコンレンズペア
パラメータ 値と単位
直径 254 mm
幅 5 mm
開き角度 -20 deg
材料 N-BK7
第2のアキシコンは第1のアキシコンに平行に光軸に沿って203672mmの相対距離で配置される開き角度は+20deg
その結果アキシコンペアは10の比を持つビーム拡張器のように機能する2
54
mm
13 wwwLightTranscom
bull アキシコンペアは2つの同一ア
キシコンタイプのレンズで構成されている
bull 開き角度は通常反時計回りとされている
5mm
-20deg
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
125mm
仕様非球面フォーカスレンズ
bull Asphericonの凸面非球面レンズはカタログから選択する
bull モデルALL12-25-S-U
(A12-25LPX)
パラメータ 値(単位)
直径 125 mm
実効焦点距離 25 mm
後側焦点距離 22354 mm
開口数 023
中心厚 40 mm
縁の厚さ 24 mm
材料 N-BK7
BDS0002では波長1064nmのレーザダイオードについて22576mmの後側焦点距離が決定された
14 wwwLightTranscom
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
アプリケーション例の詳細
シミュレーションと結果
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
bull The axicon pair generates a
Bessel beam which is called
a ldquonon-diffractingrdquo beam in
literature[1]
bull This is a physical optics
effect and cannot be
calculated by ray tracing
光線追跡ビームフォーカスの解析
wwwLightTranscom16
1次元光線分布
スポットダイアグラム
file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_01_RayTracinglpd
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
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minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
フィールドトレーシング回折ゾーン内のフィールドの計算
wwwLightTranscom17 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
幾何学的ゾーン
フィールド
再構成平面
bull Geometric Field Tracing Plus(GFT +)エンジンによる光の伝播は焦点領域外では正確である
bull 回折領域では幾何学的アプローチが有効ではないためビーム回折が顕著になる前にGFT +による伝播を停止しなければならないこの位置(フィールド再構成平面)においてフィールドデータはより適切な伝播技術に適切に伝えられる
bull この平面の再構成フィールドはクラシックフィールドトレーシングを使用していて焦点領域(=回折ゾーン)の内部へ伝播するために使用できる
回折ゾーン
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
フィールドトレーシング再構成平面でのフィールドの計算
wwwLightTranscom18
bull 回折ゾーン内のフィールドを計算するために非球面から185mmの距離にある幾何学ゾーンの終わり(=フィールド再構成平面)にGeometric Field Tracing (1)のバーチャルスクリーンが使用される
bull アキシコンの連続的でない頂点に当たる光はフィールドの再構築を数値的に乱すので絞り(2)によってブロックすべきである
12
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_02_GFT+lpd
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
フィールドトレーシングによる回折領域内の伝播
wwwLightTranscom19
bull 再構成されたフィールドはクラシックフィールドトレーシングを用い回折ゾーン内のフィールドを計算する際に使用できる
bull そのために再構築されたフィールドをStored Field Componentに格納するための新しいLPDの生成が推奨される
bull 光学部品または検出器など様々な要素の追加が可能ここではクラシックフィールドトレーシングによりフィールドのより正確な評価が得られる
bull このLPDはパラメータランのような最適化
および自動化ツールに使用して検出器までの距離を様々に変えることによってビームの焦点領域を検証することが可能
file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
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参考文献
30 wwwLightTranscom
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minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
XZ平面における焦点領域の検証
bull 焦点領域の検証のため前回のLPDを焦点面と再構成面との間の距離を38mmから43mm(223mmから228mmの非球面からの距離に対応する)に変化させるパラメータランの実行に使用した
bull 両方の図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のx軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはx-z平面内のビームの焦点をより小さくする
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
20 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
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XZ平面における焦点領域の検証
bull 両図は(BDS0004)およびアキシコンペアなしの(BDS0002)焦点領域内のy軸に沿ったビームの2乗振幅を示す
bull 比較するとアキシコンペアはy-z平面内のビームの焦点も小さくする
21 wwwLightTranscomfile used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_04_InvestiateFocalRegionrun
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
アキシコンペアを有するxz平面におけるビームプロファイル
焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
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焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
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焦点領域におけるビーム幅
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bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
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焦点領域におけるビーム幅
bull 焦点領域内のより詳細なビーム評価のためにアキシコンペアを入れる場合(BDS0004)と入れない場合(BDS0002) およびガウスTEM00モードの場合の半値半幅(HWHM)を計算し比較参照する結果は下図のとおり
bull アキシコンペアを使用することによって焦点スポットサイズおよび焦点深度が測定可能なほどに改善されることが明確に分かる
wwwLightTranscom22 file BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_05_HWHMxyAppEx0002amp0004da
焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
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焦点領域におけるビーム幅
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bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
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焦点領域におけるビーム幅
bull 理論上ではアキシコンは理想的なベッセルビームを生成するこれらのビームは焦点領域内のある距離までは「回折しない」という特性を有する[1]
bull その結果ベッセルビームは焦点領域内の焦点深度がより大きく同様のビームサイズのガウシアンビームのような発散は低減される
bull 比較する際焦点深度は距離として定義されビームウエスト(HWHMとして定義される)はradic2の係数で増える
DOF =radic2 HWHM
bull 焦点深度の比較にはガウスTEM00モードが参照として計算されすべてのビー
ムの総合的な焦点面においてそのビームウエストはベッセルビームのビームウエストに類似している
23 wwwLightTranscom
焦点領域におけるビーム幅
24 wwwLightTranscom
bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
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minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
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焦点領域におけるビーム幅
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bull これと比較して計算されたビームウェストと焦点深度は以下のリストに示されている
bull アキシコンの入射光は収差があり非点収差のガウスシアンビームであるため生成されたビームは理想的なベッセルビームにはならない
bull 興味深いことに焦点領域における非点収差的なビームのふるまいはアキシコンペアによって著しく改善されるこれは特にビームのyプロファイルのパラメータに見られる
bull さらに生成されたベッセルビームの焦点深度は同様のビームウエストを有するガウシアンビームに比べて4倍に増加する
ビーム幅 (HWHM) [microm] 焦点深度 [microm]
BDS0002 X-Profile 554 gt 300
BDS0002 Y-Profile 297 165
BDS0004 X-Profile 155 249
BDS0004 Y-Profile 140 240
Gaussian TEM00mode 185 58
レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
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bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
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まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
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レンズより22576mmでの焦点スポット強度
対のアキシコンを用いた焦点スポット アキシコンを使用しない焦点スポット
(BDS0002)
25 file used BDS0004_OptimizeFocalBeamSize_03_FieldInFocalRegionCFTlpd
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この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
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VirtualLab追加機能
この例においては次の機能の利点がある
bull 焦点領域解析mdash プロファイルライン検出器mdash パラメータ実行ドキュメントmdash HWxMディテクタ
z
bull 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mdash 良質なビームビームサイズ形mdash 焦点深度mdash 焦点領域内の光軸に沿ったビームの伝播を示す多様な2D3D図
26 wwwLightTranscom
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
27 wwwLightTranscom
参考文献
レファレンス
29 wwwLightTranscom
1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
参考文献
30 wwwLightTranscom
bull Get Started動画
minus Introduction to the Light Path Diagram
minus Introduction to the Parameter Run
minus Introduction to Parametric Optimization
bull アプリケーション例に関連のある文献
minus BDS0001 Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens
minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
まとめ
bull この例では一対のアキシコンレンズによって焦点スポットサイズをどのように小さくすることができ焦点深度を増加させることができるかを示した
bull 焦点領域内のベッセルビームの伝播を解析した
bull VirtualLabは物理光学ベースのプロファイルとアキシコンのような
特殊なコンポーネントによって生成されたビームの焦点解析を可能にする
非球面レンズ後のビーム
焦点でのビーム
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参考文献
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1 D McGloin K Dholakia ldquoBessel Beams diffraction in a new lightrdquo
Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
bdquoApproximate solution of Maxwellrsquos equations by geometrical opticsldquo Proc
SPIE 9630 Optical Systems Design 2015 Computational Optics 963009
2015
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minus BDS0002 Focus Investigation behind Aspherical Lens
minus UseCase0047 Settings and Result Displays of the Ray Tracing Engine
minus UseCase0065 Usage of the Parameter Run Document
minus UseCase0083 High NA Lens System - Analysis by Geometric Field Tracing Plus
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Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
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Contemporary Physics Vol 4615 ndash 28 2005
2 Frank Wyrowski Huiying Zhong Site Zhang Christian Hellmann
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2015
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