[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） >XN[KPTa  
XF`2*:7  
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 zzmC[,u}  
y\Wn:RR1[  
b,!C8rJ  
62xOh\(  
简述案例 kk4 |4  
ucCf%T\:  
系统详情 /2^L;#  
 光源 %VHy?!/  
- 强象散VIS激光二极管 mF~T?L"  
 元件 0TN28:hcD  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ,BdObx  
- 具有高斯振幅调制的光阑 }U]jy  
 探测器 +LHU}'|  
- 光线可视化（3D显示） d_[H|H9i6  
- 波前差探测 )\wkVAm  
- 场分布和相位计算 )"x6V""Rb  
- 光束参数（M2值，发散角） 5Ds[?  
 模拟/设计 Bwg(f_[1  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 U32$9"  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： q~`hn(S  
 分析和优化整形光束质量 ]3r}>/2(  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 V 6}5^W  
y6 (L=$+B  
系统说明 KQ~y;{h?b  
?<Qbp;WBo  
=4TQ*;V:  
模拟和设计结果 ~M~DH-aX   
`$a!CJu,  
数值探测器结果 ,%!m%+K9a  
XG#?fr}L  
w4 yrAj 2  
T!/o^0w  
A%w9Da?B  
总结 ,fjY|ip  
QO@86{u#Y  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 rfV'EjiM}  
1.模拟 @ZEBtM%.O  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 hqRC:p#9  
2.评估 zAB= >v  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ?mMM{{%(.  
3.优化 lpi"@3  
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。 !ooi.Oz*Tu  
4.分析 S5>s&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 XtCIUC{r,  
(bm^R-SbB  
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。 @$slGY  
$S>'0mL  
详述案例 9J:|"@)N  
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系统参数 "{<X! ^u>  
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案例的内容和目标 av'D
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!7t&d  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ?N4FB*x  
NuOA'e+i  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Kebr>t8^  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 %g:Q?   
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 NQD5=/o  
V7,dx@J-  
模拟任务：反射光束整形设置 W"=l@}I  
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。 )at:Xm<s  
\.2i?<BC  
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R_!'=0}V  
-!!]1\S*Y  
yPE3Awh5  
规格：像散激光光束 B=KrJ{&!  
DE.].FD
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 由激光二极管发出的强像散高斯光束 G#[A'tbKk  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ,h=a+ja8  
P'wo+Tn*  
A=kOSq 4Q  
ge`GQ>  
)4rt-_t<  
aEdA'>  
规格：柱形抛物面反射镜 K/9Jx(I,qL  
                         :]:)c8!6  
 有抛物面曲率的圆柱镜 nlpEkq  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 pZ8J\4+  
 曲率半径等于焦距的两倍 f?d5Ltg  
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EBQ  
9(t(sP_  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） OU

WK  
89>}`:xS^  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Tdh(J",d  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） RP$u/x"b  
 离轴角决定了截切区域 }$i"t8"s  
@Ommd{0M  
规格：参数概述（12° x 46°光束） % PzkVs  
z~2{`pET  
   G,>YzjMY`  
0{vT`e'  
光束整形装置的光路图 CHTK.%AQH!  
(F^R9G|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 j7)mC4o:%  
 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。
a/uo)']B  
ZBDF>u@  
反射光束整形系统的3D视图 ='jT 5Mg  
&]YyV.
 
tN<X3$aN  
*%/O (ohs@  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 U;/2\Ii  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 e".=E;o`  
%|e)s_%XE  
详述案例 /e"iYF  
eP"B3Jw  
模拟和结果 @'>RGaPV  
0GxJja  
结果：3D系统光线扫描分析 YyYZD{^  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 FD[*Q2fU  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 N&   
FzEs1hpl  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd wH8J?j"5>  
HnArj_E  
使用参数耦合来设置系统 0U~$u
  
Q>D//_TF  
dV[G-p  
自由参数： f2[R2sto@  
 反射镜1后y方向的光束半径 oi|N8a2R  
 反射镜2后的光束半径 PwW$=M{\.  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） !#pc@(rE  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 2$Xof  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 C jf<,x$  
k6M D3c  
<=p>0L  
Ea S[W?u}  
N `:MF 9  
k Nc-@B  
Hy4;i^Ik <  
自由参数： Bc.de&Bxz_  
 反射镜1后y方向的光束半径 (=uT*Cb  
 反射镜2后的光束半径 WYb}SI(E  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） .KKecdd?=  
 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。 QTBc_Z  
AuK$KGCI=  
?
:3hp2k<  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 {!D(3~MI  
4_5f4%S  
M>Q ZN  
结果：使用GFT+进行光束整形 +Kb 7N, "  
!O%!A<3  
keLeD1  
{
Vj&i.2,  
Vm<_
e  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 msgR"T3'  
V K6D  
l,hOnpm9  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ( jU $  
peu9Bgs  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 *VhEl7  
jz_Y|"{`v  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： eMnK@J  
!DOyOTR&3  
;+XrCy!.)L  
`2]0 X#R  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >I\B_q  
}
(8>&  
结果：评估光束参数 )KE  
yn}Dj9(q  
4*qBu}(  
 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。 :pdX  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 Y]L4,V  
Rm=p}  
JrOxnxd^  
 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。 -B#1+rUW  
 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） 1l$C3c  
$,@}%NlHc  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd zQulPU  
f2x!cL|Kx?  
光束质量优化 3
bWGWI  
pi"M*$  
)9"^ D  
 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。 FShjUl>m
V  
 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）。 =xm7i#1  
~g/"p`2-N  
结果：光束质量优化 QO}~"lMj  
ldUZ\z(*  
Mu>
  
 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。 E#+2)Q  
=KHb0d |.  
Cd)g8
<  
j%s,%#al  
 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。） N_K9H1r  
F}So=Jz9h  
DW
Of\[  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd f;^ +q-Q  
nDdY~f.B  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 je^VJ&ac  
jKmjZz8L]%  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 )iw-l~y;  
yF(9=z"?  
<VhmtT%7  
 这意味着参数变化是的正态 7FoX)54"  
k)-+ZmMOh  
y!gPBkG&3n  
QIMd`c  
|1!fuB A  
 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。 n#x_da-m]  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 76rv$z{g^  
g
ZtQtFi  
@/kI;8  
+8zACs{p  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run _C5i\Y
)  
>hNSEWMY`  
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） .)[E`a  
UCc
r>  
c qCNk  
!6=s{V&r1  
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 1M-(d Q  
Y^Buz<OiG  
总结 T+Re1sPr?  
.zZfP+Q]8  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 6Sd:5eTEQ  
1.模拟 Y9X,2L7V  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 m+'1c}n^7  
2.研究 o4p5`jOG@  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 [Ix6ArY  
3.优化 HDKF>S_S  
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。 Jn{)CZ  
4.分析 L;opQ~g  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 LmJjO:W}^y  
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。 4ct-K)Ris  
.\oW@2,RA9  
参考文献 <~uzHg%Y  
[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). u W,J5!  
?<t?G  
进一步阅读 pP.`+vPi  
]~]TZb  
进一步阅读 mh"PAp  
 获得入门视频 ;g?PK5rB(  
- 介绍光路图 .)tQ&2  
- 介绍参数运行 @
xdtl{5G  
 关于案例的文档  dHx4yFS  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens x} =,'Ko}3  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens @Dsw.@/  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing O:GPuVb\  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair Ag0 6M U  
eg*aVb  
O<p=&=TD7  
QQ：2987619807