レーザー光学系の設計を進化させるCODE Vの活用法

本資料をお薦めの方

  • 以下の製品の設計や開発、研究に携わる方
    • レーザースキャナー、光ディスク用ピックアップ、レーザープロジェクター、レーザー加工機、レーザーヘッドランプ、レーザーを利用した計測機器、光通信用ファイバ結合光学系 など、レーザーを光源とする光学系を含むシステム
  • CODE Vがレーザー光学系の研究・開発業務に役立つか関心のある方

概要

レーザー技術は、照明用光源・映像投影装置・測定機器・情報通信・材料加工などの分野で近年ますます注目が高まっており、関連する市場規模も拡大しています。
CODE Vは、伝統ある高性能な光学設計ソフトウェアとして様々な光学系設計に活用されています。レーザーを光源とする光学系も例外ではありません。さらに設計(最適化)機能だけでなく、高性能な波動光学的伝播解析機能を備えており、回折や干渉といった、幾何光学的アプローチでは扱うことができない現象を解析することが可能です。
ここでは、CODE Vを利用したレーザー光学系開発の概要について、その機能や事例を紹介いたします。

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光学設計解析ソフトウェア CODE V
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目次

  1. レーザー光学系においてCODE Vが果たす役割
  2. CODE Vにおけるレーザー光学系のモデリング
  3. 回折伝播解析機能-ビームシンセシス伝播(BSP)- のご紹介
  4. 自動設計(最適化)機能のご紹介
  5. その他レーザー光学系解析のための各種機能ご紹介

 

1.レーザー光学系においてCODE Vが果たす役割

CODE Vを活用することでレーザー光学系の設計において次のようなメリットを得ることが可能です。

強力な最適化機能による性能向上

自動設計(最適化)機能により、開発中の光学系の結像特性などを大きく向上させることが可能です。光学系内の光学素子の配置や形状を高速に最適化します。

高精度な波動光学的伝播解析

CODE Vはビームレット法による回折伝播解析機能「ビームシンセシス伝播(BSP)」を搭載しています。幾何光学的な解析では扱うことのできない、回折の影響をシミュレーションすることが可能です。

光学系の誤差の影響の解析(公差解析)

光学系のミスアライメントや光学部品の形状誤差による性能への影響をシミュレーションできます。また、量産品の開発のための高速・高性能な公差解析機能を備えており、誤差の影響の統計解析や適切な公差算出を行うことができます。製造性が高く、歩留まりの良い量産品設計が可能になります。

2. CODE Vにおけるレーザー光学系のモデリング

CODE Vでは光学面の積み重ねにより光学設計・解析に必要な光学系をモデリングします。多様化するレーザー光学設計/解析の現場で必要となる光学素子をモデリングするための様々な設定パラメータが用意されています。

  • レンズ/ミラー(各種非球面を含む多様な面形状を設定可能)
  • ガラスメーカー各社の最新材質カタログ
  • 光学部品メーカー各社のカタログレンズ
  • 回折/ホログラフィック素子、偏光素子、複屈折材質、GRIN材質、レンズアレイ etc.

もちろん、これらの光学素子を組み合わせた大規模な光学系のモデリングも可能です。

3. 回折伝播解析機能 - ビームシンセシス伝播(BSP)-

CODE Vはビームレット法による回折伝播解析機能「ビームシンセシス伝播(BSP)」を搭載しています。FFTに基づく伝統的な伝播解析法では扱うことが難しい様々な光学系に対しても正確な波動光学的伝播解析を可能にします。

  • 球面波、ガウシアンビームの他、任意のコヒーレント電場波形の入力
  • 任意の位置での光電場の情報(振幅、位相、強度等)を計算
  • 事前分析機能により最適な解析パラメータを自動算出
  • スカラー電場のほか、3次元ベクトル電場の取り扱いが可能(偏光解析)
  • 電場の振幅や位相情報を含む複素振幅データの入出力によりRSoft等の電磁界解析ソフトウェアと連携解析可能

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4. 自動設計(最適化)機能

CODE Vは光学設計ソフトウェアで最高水準の最適化機能を備えています。集光スポット径、MTF、ファイバ結合効率などの特性を高速に向上させることができます。高品質な結像特性を得るためには収差の高精度の制御が欠かせませんが、CODE Vは光学系サイズなど指定した制約条件の下で、レンズやミラー等の光学素子の形状や配置を自動最適化します。単レンズの設計から、多数の光学部品を含む大規模な光学系まで、設計精度の向上と開発速度の短縮を実現します。

5. その他レーザー光学系のための各種機能

ガウシアンビーム追跡機能

近軸ガウシアンビームの理論式を用いてレンズやミラーから構成される光学系内のガウシアンビーム伝播を計算する機能です。任意の位置でのビーム径、波面の曲率半径、ビーム集光点からのずれ量など、ビームの非点隔差など、基本ガウシアンビームの伝播特性の把握に必要な諸パラメータを瞬時に計算して表示します。

ファイバ結合効率機能

光学系から出射するビームとファイバ との結合効率を評価する機能です。光学系内の伝播解析により求めたビームプロファイルとファイバのモードフィールドの相関から結合効率を算出します。ファイバのシフト、傾き、端面のウェッジに対する結合効率の敏感度を表およびグラフ化する敏感度解析も可能です。

使用ツール
光学設計評価プログラム CODE V

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