[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） =gZA9@]W2  
mDuS-2G=D  
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 7>AMzNj  
i#*lK7  
by,3A  
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]{=#  
简述案例 =&DuQvN,  
5%@~"YCo  
系统详情 =hI;5KF  
 光源 $)6M@S  
- 强象散VIS激光二极管 4sC)hAx&f  
 元件 :H:+XIgoR  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） TnQW~_:  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Wy /5Qw~s  
 探测器 h&~9?B  
- 光线可视化（3D显示） ~b4kV)[ q  
- 波前差探测 ^a1k"|E?f  
- 场分布和相位计算 ]a[2QQ+g  
- 光束参数（M2值，发散角） UoSc<h|  
 模拟/设计 I\IDt~  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 'rVB2 `z-  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： D/,(xWaT  
 分析和优化整形光束质量 n{M-t@r7  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 JE<h  
kX)*:~*  
系统说明 h*3{IHAQ  
oE0~F|(\1  
O]@s`w  
模拟和设计结果 ^)aj,U[  
0}'/3Q  
数值探测器结果 dh%
DALZ8t  
DUg[L
 
j*d+WZm8-g  
S9
'Xsh  
Mf7 [@#$  
总结 *uKYrs [  
a^Q ?K\c4N  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
[e{D  
1.模拟 t oM+Bd:Y  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 gN*b~&G  
2.评估 Q9;VSF)  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 uh>"TeOi  
3.优化 t%@u)bp  
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。 +G,_|C2J
 
4.分析 abS3hf  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ]Z52L`k  
Oh,Xjel  
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。 
*_H]?&  
xmfZ5nVL  
详述案例 ,8cVv->u/  
&[N_{O|  
系统参数 05 .EI)7  
vJsg6oH  
案例的内容和目标 P:5vS:s?  
i<q_d7-W'  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 $if(n||  
J*AYZS-tSE  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 8Au W>7_  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 _lC0XDZ  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 _SH~.Mt_!  
&!FI!T -WH  
模拟任务：反射光束整形设置 ]LMtZUz  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 >X5RRSo  
S>Gb Jt(]  
b'vIX< g  
d ]#`?}  
=)x+f/c]  
:?>yi7w  
规格：像散激光光束 V?-2FK]  
y I[kaH"J  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 U99Uny9  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 V >~\~H2Y  
def\=WyK  
o WAy[  
1O1MB&5%  
v+( P4fS  
9V;A+d,  
规格：柱形抛物面反射镜 JIf.d($ ~:  
                         phwBil-vUU  
 有抛物面曲率的圆柱镜 *Xn6yL9  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 x1"8K  
 曲率半径等于焦距的两倍 `3z6y&dmx  
=NWzsRl,  
@ 0/EKWF  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） !wZIXpeL  
zhY]!  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ;{0%Vp{  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） q2;CvoF  
 离轴角决定了截切区域 t Q.%f:|  
9"}5jq4*  
规格：参数概述（12° x 46°光束） D4?cnwU  
" BU4\QF-  
   162Dj$  
cs[n
FfM  
光束整形装置的光路图 x Vw1  
3ik~PgGoKQ  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Cn_r?1{W  
 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。 z+^9)wg9  
F|P?|  
反射光束整形系统的3D视图 lbh7`xCR  
H;+98AIy`  
n-1  
ViUx^e\
  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 .sb0|3&  
 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）。 '
u_j5  
|lyspD  
详述案例 +;bZ(_ohG  
gb}ov**  
模拟和结果 pi/&WMZ<  
3@1$y`SN  
结果：3D系统光线扫描分析 & sXMB  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 o<5+v^mt#  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 lQ4$d{m`  
*g4Uo{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Bm6tf}8  
+KOhDtLMG  
使用参数耦合来设置系统 *r|13|k  
T^ #1T$  
f*^b
V_  
自由参数： "5<YN#  
 反射镜1后y方向的光束半径 ZbH_h]1$D  
 反射镜2后的光束半径 =!/T4Oo  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ; NO#/  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 Wxi;Tq9C@_  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ]
 ^J  
(.b!kfC  
 J@J`)  
N1U.1~U  
INRRA  
v2YU2-X[  
OK z5;#S=  
自由参数： xJOp~fKG  
 反射镜1后y方向的光束半径 x@x5|8:ga  
 反射镜2后的光束半径 sBNqg~HwB?  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 0;w84>M  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 bvT$/(7  
8SCXA9}  
T7
(d  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 msOE#QL6a  
EWWCh0 {  
u5`b")a  
结果：使用GFT+进行光束整形 -:Q"aeC5  
GZmfE`  
tw] l  
khQfLA  
q~{O^,4S  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 WISK-
z  
JYLAu4s6  
drp< f1`l8  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 59V8cO+qH  
.{(gku>g(  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 F#RtU :R  
=n;LP#(h?  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： H8E#r*"-m  
S5cs(}Bq  
;U?323Z  
i3>_E <"9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd vI(CX]o  
nr&9\lG]G  
结果：评估光束参数 :2~2j-m  
9q2x}  
/KlSI<T@  
 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。 HYNpvK  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 1([?EfC  
_znpzr9H  
/8/N  
 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。 %)e&"mq!|  
 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） w4RtIDW:  
Z0M|Bv9_  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd -8SZ}J  
3RI%OCGF  
光束质量优化 uzS;&-nA  
r6nWrO>y  
%htwq]rZd  
 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。 k?_uv  
 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）。 *(sv5c!0M8  
Y*S(uqM  
结果：光束质量优化 ];QX&";Z  
;Ji3|=4u  
"_\77cqpTh  
 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。 FyV $`c$  
mzf^`/NO  
d 0:;IUG  
Gw
mYhG<{  
 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。） {=+'3p  
:=K+~?  
JE;!~=
 
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Z_Y gV:jc  
O#)YbaE  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 eqyUI|e  
&#'
.I0n  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Q776cj^L  
g,f AVM  
eX'V#K#C  
 这意味着参数变化是的正态 U<"k-  
L(HAAqRn
J  
pwNF\ ={  
2UTmQOm  
.nei9Y*  
 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。 nMBF/75  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 ]'0}fuV  
/7WdG)'  
+_
$!9m  
N \woFrG  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 3k:`7E.  
12}!oS~_  
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） OK \9`  
(?[%u0%_  
z:A_  
)J 8mn*  
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。 S|m|
ulB  
a@C}0IP)  
总结 e8k|%m<Sp  
xr31<
4B  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~8)l/I=`);  
1.模拟 pzT`.#N:M  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 L^Fb;sJYI  
2.研究 k:z)Sw  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 }RUK?:lEA  
3.优化 r(g#3i4Q  
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。 9x#Tj/5%  
4.分析 )~ ^`[`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 e[db?f2!  
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。 K#R|GEwr  
`X(H,Q}*;  
参考文献 /wi/i*;A  
[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). ##s:Ww  
V%voe  
进一步阅读 3.h0  
>oapw5~5  
进一步阅读 !#PA#Q|cO  
 获得入门视频 @u:
q#b  
- 介绍光路图 OZ&SxR%q4  
- 介绍参数运行 UW{C`^?=B  
 关于案例的文档 -v9x tNg  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens }wC=p>zA  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens ~NIqO4 D  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing af&P;#U  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair 7s0pH+  
}5}#QHF  
U[hokwZ  
QQ：2987619807