事例

VirtualLab™で設計・解析した様々な光学システムを紹介しています。

VirtualLab 5新機能紹介

2011年7月にリリースされたVirtualLab5の新機能をデモンストレーションでご紹介します。新たにリリースされたLighting Toolboxの概要もご覧いただけます（英語）。

レーザーシステムのParametric Optimization

VirtualLab Advanced（64bit版）に4.10から搭載された“Parametric Optimization”の機能を、様々なレーザー光学系の例で実際の手順を交えご紹介します（英語）。

2Dおよび3Dグレーティングの厳密解析

VirtualLab開発元LightTrans社が先日開催した、2D及び3Dのグレーティングに対する厳密解析をテーマとしたWeb上のセミナーをムービーご覧いただけます。

ムービーでの紹介

VirtualLabによる超短パルス光シミュレーション

VirtualLab Starter Toolboxを用いると、超短パルス光の伝播シミュレーションをすることができます。
本シミュレーション機能の原理と解析事例をご紹介します。

VirtualLabによる超短パルス光シミュレーションの詳細はこちら

VirtualLabによる回折光学素子の設計・試作レポート

VirtualLabのDiffractive Optics Toolboxを用いると、回折光学素子(Diffractive Optical Element; DOE)を設計することができます。本ツールボックスを用いて、回折光学素子の設計・試作にチャレンジしました！

VirtualLabによる回折光学素子の設計・試作レポートの詳細はこちら

Image Formation

結像系の設計および解析では、光線追跡は極めて有効なテクニックです。通常MTFの計算では、波動光学的な影響が考慮されています。しかし、先進的な結像系に対しては、MTFで考慮されない波動光学的な影響が、その性能を大きく左右する可能性があります。まず、PSFは像面上の位置により異なります。更に、高いNAを持つ光学系では、偏光状態に大きく影響されます。これはPSFも同様です。
一般に、局所的なPSFの変化は光学系の結像性能に重大な影響を及ぼします。マクロな光学系と同様、ミクロな光学系においても、結像性能に関する問題に直面するかもしれません。この評価および解析には、光線追跡を超える強力な解析手法が必要です。

VirtualLab™は、皆様の多様なニーズに応えるべく、先進的な波動光学的手法を実装しており、光学系本来のポテンシャルとその限界を見極めることができます。
VirtualLab™を利用することで、これまでは取得不可能であった様々な情報が得られ、現在直面している問題点が解決されます。

PSFは像面上の結像性能を表します。光学系の収差と光の回折は結像性能に影響します。VirtualLab™は一切近似を行わずPSFを計算します。そのため、波動光学的な結像性能を迅速に把握することが出来ます。

Focusing and Collimation

集光やコリメーション機能を果たす補助的な光学系は、ほぼ全ての光学システム内に組み込まれています。焦点領域の厳密な解析には、幾何光学的な手法ではもはや能力不足です。このような集光システムには波動光学的な解析手法が必要です。
高品質なコリメートシステムの設計や解析には、厳密な光源の定義が必須条件です。VirtualLab™では電磁気的な定義に基づき光源をモデリングするため、コリメートシステムに対しても非常に有効です。特に、高NA集光/コリメートシステムでは電磁場のZ成分を考慮しなければなりません。VirtualLab™の光源モデルでは、勿論、電場のZ成分が考慮されます。光源を電磁気的にモデリングすることで、超短パルスレーザーに対する集光/コリメートシステムの設計、解析にも威力を発揮します。

様々なアプリケーションに使用されるレーザー光のカップリングです。ダイオードが発するレーザー光をファイバーへ誘導します。結合効率を調べるには、焦点(集光)領域における完全な電磁場情報が必須です。

Refractive and Diffractive Beam Shaping

2段階のトップハット断面プロファイルを持つビームへと整形した例です。

コヒーレントなガウスビームの強度分布を、直線、クロス(十字)、円形/矩形トップハットまたはリング(環状)など、異なる強度分布へ変換することでビーム整形システムの設計ができます。
VirtualLab™では、透過(屈折)型、回折型のビーム整形素子の設計が可能です。各アプリケーションでは、透過型、回折型の両方を考慮することが重要です。理由は、両者はそれぞれ入射ビームの波長と強度プロファイル対して敏感度が異なり、且つ製造公差に対しても敏感度が変わるためです。
VirtualLab™では、最大30°以上の発散角を持つ入射ビーム、または整形後のビームを取り扱えます。つまり、ダイオードレーザーにも有効なビーム整形素子が設計可能です。

Diffractive Beam Splitting

回折素子によって等しく分岐/複製されたビームには、様々な用途があります。
レーザー加工機、計測機器、医療分野、そして各種センサー類などです。これまでの回折ビームスプリッタは、横方向の周期的構造によりビームを分岐していました。つまり、グレーティング(回折格子)です。この場合、複製されるビームは角度空間で等間隔グリッド上にのみ分岐します。
VirtualLab™では周期構造にとらわれず、任意の方向へのビームスプリッタの設計が可能です。また、分岐方向は、近軸、非近軸の両方に対応します。つまり、VirtualLab™を使用すれば、ビーム分岐に関する全ての問題が解決します。

回折ビームスプリッタを使用すると、どのような単色ビームに対しても、その分岐/複製が可能です。分岐したビームは、予め指定した方向へ進みます。その後コリメートすれば、等間隔を維持して平行に進むビームが得られます。アプリケーションにもよりますが、現実的な回折効率は80-90%です。

Shaping Light by Diffusing

ディフューザは、光源から放射される光を、ねらった領域で所望の強度分布へと変換する機能を有しています。これはホログラフィーに由来します。
VirtualLab™は、決定論的な散乱特性を持つディフューザの設計が可能です。
VirtualLab™で設計したディフューザは、LEDやエキシマレーザーなどのパーシャルコヒーレントな光源に対しても非常に有効です。コヒーレント光源を使用すると、均一な強度分布を持つシャープなパターンを形成できますが、同時に、スペックル発生の原因にもなります。このスペックルは検出器で分解して検出されるか否かを評価することもできます。