[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） pjG/`  
`^_c&y K  
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 L>xecep  
G,o5JL"t  
>#pZ`oPEAv  
{\:"OcP #  
简述案例 VY9o}J>,w  
 mE1m  
系统详情 _#;UXAi  
 光源 {,;R\)8D  
- 强象散VIS激光二极管 3+:F2sjt  
 元件 z[vHMJ
0  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） M/?*?B  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Ht`kmk;I)  
 探测器 qXF#qS-28  
- 光线可视化（3D显示） Tj(DdR#w  
- 波前差探测 2Q bCH}  
- 场分布和相位计算 g/3t@7*<  
- 光束参数（M2值，发散角） `2 6t+Tb  
 模拟/设计 #E`wqI\'  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 QYB66g:  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： W=-:<3XL  
 分析和优化整形光束质量 pDYcsC{p  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 /&>vhpZ}  
 yxx9h3  
系统说明 CpGy'Ia
 
8bTE#2+-  
[N=v=J9  
模拟和设计结果 /TEE<\"  
Sv#S_jh  
数值探测器结果 2=]Xe#5J=  
Y%zYO  
,#V}qSKUS  
]K0G!TR<  
v?O6|0#x  
总结 59k[A~)~  
hBRcI0R  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 IIh \d.o  
1.模拟 k]"DsN$
  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Bx" eX>A8  
2.评估 fUKi@*^ZUa  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 _Dq,\}  
3.优化 )&px[Dbx  
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。 wdMVy=SS  
4.分析 jt?DogYx  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 q
K-\`m  
-]~KQvIH!  
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。 e8,!x9%J  
U32&"&";c  
详述案例 c,L{Qv"n{  
Dkyw3*LCn%  
系统参数 . Ua
LP  
|!6<L_31%  
案例的内容和目标 :ceT8-PBRx  
Y'U]!c9  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 (dnaT-M3  
]_js-+w6  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Nc_Qd4<[@G  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 {oVoN>gp  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Vjqs\  
]w/%>  
模拟任务：反射光束整形设置 f?BApm  
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。 A$1Gc>C  
(Kg( 6E,  
.|c=]_{  
u"5 hlccH  
/oC@:7  
#>_5PdO  
规格：像散激光光束 j21>\K!p  
p%#=OtkC  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 Sau?Y  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 /VHQ!Wi  
s$ZKd  
;y]BXW&l&  
#-7m@EU;O  
VK[`e[.C  
Aq,&p,m03  
规格：柱形抛物面反射镜 :TRhk.  
                         i~ITRi@  
 有抛物面曲率的圆柱镜 As+^6  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 e3=-
7FU  
 曲率半径等于焦距的两倍 W{X5~w(  
COFCa&m9c  
k`=&m"&#  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） *T-v^ndJh  
p"|0PlW  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 /L; c -^  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） w\%AR1,rs  
 离轴角决定了截切区域 M d.^r5r  
%'&_Po
\  
规格：参数概述（12° x 46°光束） n_eN|m?@  
[WUd9fUL  
   kn= fW1  
XGSgx  
光束整形装置的光路图 O`TM}  
ve*m\DU  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 OR<%h/ \f  
 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。 i'MpS  
eeCrH
t4;  
反射光束整形系统的3D视图 c^8csQ fG  
:$^cY>o  
CH] +S>$  
2yPF'Q7u_.  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ^ Q  
 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）。 NU(YllPB  
bq"dKN`  
详述案例 I9hZ&ed16  
G%XjDxo$I  
模拟和结果 k[8{N  
';KZ.D  
结果：3D系统光线扫描分析 _.+2sm   
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ~pPj  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 pe>[Ts`2F  
*x@.$=NF"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd fT0+inRG  
{8w,{p`  
使用参数耦合来设置系统 ;bYLQ  
]?UK98uS\A  
gbT1d:T  
自由参数： ;, ^AR{+x  
 反射镜1后y方向的光束半径 KCi0v  
 反射镜2后的光束半径 18AlQ+')?w  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） U@"f(YL+"  
 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。 *4O9W8Qz  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 3u&)6C?YM  
.M>g`UW  
0jM
S!"k   
M:R|hR{=*  
6a4-VX5  
&m{vLw  
ITf4PxF  
自由参数：
4&wwmAp^  
 反射镜1后y方向的光束半径 I2e@_[ 1  
 反射镜2后的光束半径 !xz{X?  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） /m8&E*+T1  
 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。 rk< 3QXv  
mM\jU5P:^  
\><v1x>;  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 z99jW<*0  
\!s0H_RJY  
LHHDD\X   
结果：使用GFT+进行光束整形 P>qDQ1  
/YD2F  
BB3wG*q  
V[avV*;3i  
-(l/.yE{X  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 {]3Rk  
:i/uRR  
xF7q9'/F  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 _OvIi~KW+  
0` UrB:  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ?f4jqF~Fh  
1 2J#}|  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： N\W
4LO6  
k?qd -_sC  
VTs ,Ln!,U  
OuwEO   
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ["SD'  
=6< Am  
结果：评估光束参数 X$9 "dL  
H@V+Q}  
Rd>PE=u  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ibv.M=  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ILMXWw  
5<mGG;F  
WQ)vu&;  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 Bb@m-+f  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） b";D*\=x  
V8+8?5'l  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd dc%0~Nz  
QRAw#  
光束质量优化 Is#w=s}2  
l@<yC-Xd  
~WX40z  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 3FE=?Q  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 K4j2xSGeo  
CK#SD|~:  
结果：光束质量优化 ^eY% T5K   
-|YDKcL  
;ep@ )Y  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 @;g|styh^  
VZEDBZ x*  
|!\5nix3A>  
N]7#Q.(~  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） }4wIfI83K,  
*?s"~XVs  
^>tqg^  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 8|H^u6+yz  
:%kJ9zW  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ,'^^
OLez  
oV=~Q#v  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 8 rA'd  
{>8u/  
hH*/[|z  
 这意味着参数变化是的正态 4j VFzO%.  
#SIIhpjA(  
:+$/B N:iO  
>TB Rp,;r  
y)#=8oci  
 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。 -A)XYz  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 'c&S%Ra[3G  
VMgO1-F  
~
Lf>/w  
Hsvu&>[`S  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run (5R_q.Wu  
 v+qHH8  
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） Az4a|.  
R4q)FXW29  
oH]"F  
V{+5Fas^l  
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。 Mr u  
+y\mlfJ.-b  
总结 +u]L#].;  
=VPJ m\*V  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 LG>lj$hO  
1.模拟 SRBQ"X[M2  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Sz3Tp5b  
2.研究 9&7$oI$!J  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 U?sio%`(  
3.优化 2/M:KR  
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。 qGH\3g-  
4.分析 c</u
]TD  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 h Lv_ER?  
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。  :bBMy\(u  
{c\KiWN  
参考文献 ?K/N{GK%{  
[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). >cM}M=4s  
}"o,j>IP  
进一步阅读 sUTh}.[5  
Ki{]5Rz  
进一步阅读 ,)](h+zl_6  
 获得入门视频 I@9[  
- 介绍光路图 $TR#-q  
- 介绍参数运行 ( V^C7ix:  
 关于案例的文档 &R~)/y0]  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens jZLD^@AP  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens QH.zsqf(  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing _q/UDf1  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair "E/UNE6P4  
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QQ：2987619807