[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） *}P=7TuS  
X{u\|e{  
二极管激光光束使用无色散离轴反射装置进行准直和整形 bzWWW^kNL  
aGml!N5'  
&cSZ?0R  
_/5#A+ ?  
简述案例 s
L=}d[  
ZnAXb S  
系统详情 )j+G4  
 光源 N\t( rp  
- 强象散VIS激光二极管 =L]GQ=d  
 元件 _+6aD|7x  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） TY`t3  
- 具有高斯振幅调制的光阑 U~GQ JR  
 探测器 n)uck5  
- 光线可视化（3D显示） ,<t)aZL,A;  
- 波前差探测 [vTk*#Cl4  
- 场分布和相位计算 I/hq8v~
S  
- 光束参数（M2值，发散角） aCF=Og  
 模拟/设计 *hIjVKTu79  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 +pY--5t  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： $4:Se#nl  
 分析和优化整形光束质量 G -V~
6  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 mX
OY,g2w  
.z, ot|  
系统说明 8)ykXx/f@  
x(+H1D\W  
`LOW)|6r`  
模拟和设计结果 X.GK5Phd  
phi9/tO\u  
数值探测器结果 >/+R~ n  
isU4D  
\h@3dJ4  
(H6Mi.uZ
 
)?;+<,  
总结 m0p%R>:5  
e0ULr!p
  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~7>D>!!  
1.模拟 ugzrG0=lx  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 hjq@.5  
2.评估 dwqR,|  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 l.xKv$uOGR  
3.优化 2&zklXuo:  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 +-:o+S`q~  
4.分析 7d^ ~.F  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 * /^}  
yVe<+Z\7  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 Om(Ir&0  
oTg 'N  
详述案例 z#B(1uI  
%J8uVD.2  
系统参数 tu's]3RE  
E1s~ +  
案例的内容和目标 UaB2vuL*=  
@^.o8+Pp  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 <DN7  
5KTPlqm0qF  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Gdz*  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 g?N^9B,$2  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 #$;}-*  
jAdZS\?w  
模拟任务：反射光束整形设置 EE-wi@  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 ^p~QHS/  
lS]6SkZ6  
c{j)beaS  
u\(>a  
av bup  
c8Nl$|B  
规格：像散激光光束 ]wwNmmE  
m=25HH7enb  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 tL M@o|:  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 *i {e$Zv'  
Xp9] 9H.  
C]&/k_k  
t +|t/1s2  
P$.$M}rMv  
*D67&/g.  
规格：柱形抛物面反射镜 P#}
vi$dZ  
                         Dq-[b+bm  
 有抛物面曲率的圆柱镜 [ldBI3  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 =7[}:haB{  
 曲率半径等于焦距的两倍 J:@yG1VIp  
(+SL1O P  
kN6jX  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） = |E8z u%  
PZVH=dagq  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 M+I9k;N6&  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） $/ g<h  
 离轴角决定了截切区域 {Wndp%  
CjEzsjqe<I  
规格：参数概述（12° x 46°光束） qP-_xpu]R  
g_JQW(_  
   ^r,0aNzAs  
bB)$=7\  
光束整形装置的光路图 > Edsanx  
]WK~`-3C^  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 M9G?^mW1sT  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 nNeCi  
_St":9'uU  
反射光束整形系统的3D视图 {9* l  
?_r{G7|D  
P
/xEn_*v  
YP[8d,  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 {yB0JL}n  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 hiv {A9a?  
iRx`Nx<@  
详述案例 ttls.~DG  
-3 Sb%V\  
模拟和结果 ky&wv+7  
%`~+^{Wp  
结果：3D系统光线扫描分析 ^j2ve's:  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ^rd%{6m  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 'u%vpvF  
l%xTF@4e  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 9GsG*$-I  
|bhv7(_  
使用参数耦合来设置系统 N3zZ>#{  
gW<4E=fl  
!p76I=H%  
自由参数： maa$kg8U*!  
 反射镜1后y方向的光束半径 u8t|!pMF8  
 反射镜2后的光束半径 )CHXfO w  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） oW(EV4J"  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 / !y~Q|<|=  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 5<e{)$C  
YWJ$Pp  
bxzx@sF2l  
@eutp`xoT\  
Jd?qvE>Pp  
6(x53y__  
3t9CN )*  
自由参数： C]fX=~?bGQ  
 反射镜1后y方向的光束半径 VFMn"bYOB  
 反射镜2后的光束半径 RNQq"c\  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ;<mcvm  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 EZzR"W/  
5%4yUd#b  
BsL+9lNue  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 "shX~zd5  
+FAxqCkA  
h?$J;xn  
结果：使用GFT+进行光束整形 J"@X>n  
@2mWNYHR*>  
ExN$J  
ZJ~0o2xZ'  
J}+N\V~
 
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 "q1S.3V;  
Om;aE1sW  
UbGnU_}  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 pQ!lY  
Lb?q5_  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 [La}h2gz  
US=K}B=g  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： jl]3B  
Q`NdsS2  
cNFHbMd  
j%D{z5,nKm  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd XT*/aa-1'  
o3eaNYa  
结果：评估光束参数 [b&V^41W  
2+?W{
yAEi  
`rK@> -  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 P-$ ,  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 <}h<
By)  
PkZ1Db  
c~ vql4  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 lkly2|wA  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） -QR]BD%J*[  
7[uN;B#V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ){z#Y#]dP  
)db:jPkwd  
光束质量优化 Oo-4WqRJ  
u8<[Q]5  
6Vncr}  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 zUDXkG*Lv  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 g kV`ZT9  
N`$F>E,T%  
结果：光束质量优化 Mw"[2P
A  
:VWN/m  
<;'{Tj-"  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 nd,\<}uP9  
J]zhwM  
e=p_qhBt  
tZm`(2S  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） CB,2BTtRE  
I<,~>'cq.  
I Z*)  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ?Q+*[YEJ5  
<P ?gP1_zi  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 !fd>wvJ,:  
Y2tBFeWY  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 yB/F6/B~  
8z7eL>)  
QVkji7)ZT  
 这意味着参数变化是的正态 ZR%$f-  
2TQZu3$c  
(3X
s  
Q9h=1G\K  
Csp$_uDi  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 | oM`  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ` ~^My~f  
y`5 ?  
<HTz  
F|/6;&*?M  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run .iP>?9$f"  
+4W
l  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ）  W
/u(9  
Y,yU460T8  
0H.bRk/P+  
 b{)kup
 
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 WA1yA*S  
K
^[m--  
总结 8.^`~ta  
@jjxgd'%&  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 `#85r{c$:  
1.模拟 $I/ !vV  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 wu11)HFL|z  
2.研究 cyP+a  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Mae2L2vc  
3.优化 bivo7_  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 } _];yw  
4.分析 \*BRFUAc  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 1M?x,N
_W  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 v0(}"0  
UY,u-E"  
参考文献 xaB#GdD  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). 7bE`P[  
(E
8jkc  
进一步阅读 7h!nt=8Y  
lX/7  
进一步阅读 59:kL<;S-  
 获得入门视频 oRcP4k;d=  
- 介绍光路图 F3$8l[O_  
- 介绍参数运行 K.&6c,P]  
 关于案例的文档 'Z,7{U1P  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens `*yOc6i]  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens yLnTIE3)  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing P,F5Hf  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair !B{(EL=g  
e.(d?/!F_  
 ]SL+ZT  
QQ：2987619807