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大NA光束会聚系统中POP模拟问题

  • 6 September 2022
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系统介绍

该系统是由一个扩束模块和一个光束会聚模块构成。一束宽度为Φ2mm的高斯光束,首先经扩束镜扩束,然后被会聚透镜聚焦。我需要确认会聚透镜焦面位置,或是离焦位置处的光斑形状和尺寸。我设计了两个不同扩束比的扩束镜,8X和80X。光束会聚模块的设计是固定的,焦距为120mm。这里我将使用8X扩束镜的系统称为小NA系统,将使用80X扩束镜的系统称为大NA系统。

 

问题描述

对于小NA系统,POP模拟结果看上去比较合理,POP report中也没有出现任何warning。但是,在大NA系统中,模拟光斑周围出现了非常明显的artifact,类似一圈圈衍射环。

 

而且,在POP report中出现了非常多的warning,warning总共有两种:
**** WARNING: Pilot beam waist smaller than wavelength detected, scalar diffraction propagation algorithms may be inaccurate.


**** WARNING: Transfer function may have too many waves of phase to accurately model beam.

我的问题是:

1)这些warning对模拟结果的影响是否可以忽略?

2)如果不可忽略,我需要怎样设置才能决这些问题。

 

参考资料

通过在论坛中查阅资料,有一个帖子所讨论的内容,和我的问题很像。但比较可惜的是,回复中仅说明POP在处理fast beam上是不太合适的,未能提供一些其他的Zemax分析工具或方法,来分析衍射效应对聚焦光斑尺寸或形状的影响。

参考资料:POP for "fast" beams

像在本系统中,我确实需要评估系统在大NA情况下,衍射效应对光斑形状、尺寸的影响,如果POP不适合处理fast beam,那有没有其他推荐的方法用于分析?

 

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Best answer by Michael Cheng 9 September 2022, 11:19

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Hi Timo,

第一個錯誤訊息屬於建議性質,在數值計算上不會有明顯錯誤,但是在理論上這個可能會有問題而不一定看的出來。

第二個訊息通常是不能忽略的,一般來說透過逐面檢查可以輕易發現問題根源。

以你的狀況來說,我可以輕易的在第5面上看到混疊的現象。

 

要了解這個問題,我建議把下面這個系列的三篇文章都看過一輪。

Using Physical Optics Propagation (POP), Part 1: Inspecting the beams 

Using Physical Optics Propagation (POP), Part 2: Inspecting the beam intensities

Using Physical Optics Propagation (POP), Part 3: Inspecting the beam phases

 

以上請參考看看,如果有任何問題,請不吝告知,謝謝。

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