[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） YLigP"*~^  
2$3kKY6$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 aTX]+tBoe  
^7<[}u;qF  
4Lw'v:(  
%^T!@uZr  
简述案例 <0>[c<{V<  
BPqwDjW  
系统详情 L*v93;|s  
 光源 VD9J
}bgJ  
- 强象散VIS激光二极管 zaBG=  
 元件 rCkYfTYI  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） [{?;c+[  
- 具有高斯振幅调制的光阑 j $KM9  
 探测器 [C2kK *JZ  
- 光线可视化（3D显示） v23TL
  
- 波前差探测 dw3'T4TC?  
- 场分布和相位计算 "`[$&:~  
- 光束参数（M2值，发散角） -h=c=P  
 模拟/设计 jXtLo,km  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 (%.</|u  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Ty.drM  
 分析和优化整形光束质量 ~ J%m  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 6S)$3Is  
x)d2G6x  
系统说明 XQ4dohGCP  
(5>{?dR)|  
8dlInms  
模拟和设计结果 z(#=tC|  
sBbL~ce50?  
数值探测器结果 g:;Ya?5N  
=[APMig,n  
1O|RIv7F[/  
|HNQ|r_5S  
cj`#Tg.  
总结 C CLfvex  
<nf=SRZ  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ocq2  
1.模拟 .H
QVj'g  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 1`nc8qC  
2.评估 g<0w/n!jmC  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 tnA_!$Y a  
3.优化 /E;;j9  
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。 MM=W9#  
4.分析 B#;s(O  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 VyRW'  
(R,NV3m?w  
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。 3
KDu!w@  
_!|=AIX  
详述案例 "9TxK6  
F
]hx  
系统参数 ?G2qlna  
=ZFcxGo  
案例的内容和目标 8+=p8e~An  
iXt4|0  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ScM}m  
Q9Q!9B@  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 .LWOM8)  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 F+lm[4n  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 {yGZc3e1j  
^A:!ni@3  
模拟任务：反射光束整形设置 Nck!z8  
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。  aOaF&6'j  
41P4?"O  
U`?zC~  
2<p5_4"-U*  
4`?sE*P@`  
B
:.;,@r]  
规格：像散激光光束 0+$hkd n  
~e,f)?  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 PR48~K,?  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 #fJ/KY
JU  

5<'n  
H>gWxJ
5  
<=B1"'\  
o06A
=4I  
vHZX9LQU0+  
规格：柱形抛物面反射镜 g
~bf!  
                         kKFuTem_3  
 有抛物面曲率的圆柱镜 O>)n*OsS  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 l}U~I 3}).  
 曲率半径等于焦距的两倍 5n&)q=jk=  
U*`  
6E)uu; 8  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ?NL&x  
[Gh%nsH  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 x= vE&9_u  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） luP'JUq  
 离轴角决定了截切区域 n1k$)S$iiy  
o O{|C&A  
规格：参数概述（12° x 46°光束） -eSPoZ  
#`YxoY`  
   sWojQ-8}  
Ivd[U`=Q  
光束整形装置的光路图 U|y;b+n`  
Ba\wq:  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Up1$xLSl  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 jL>I5f  
)cv0$  
反射光束整形系统的3D视图 : .FfE  
0pZ.; /<{  
Os]!B2j14  
eNl

F2M  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 IlC:dA  
 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）。 ~L4*b*W  
goBKr: &]w  
详述案例 Nd]%ati?  
3;-@<9  
模拟和结果 'JW_]z1  
h~=\/vF  
结果：3D系统光线扫描分析 2yCd:wg  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 5Xy^I^J  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 #qiGOpTF.  
6qHvq A
,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd MK!]y8+Z  
cfy/*|  
使用参数耦合来设置系统 9$4/frd  
YWn6wzu%Vc  
U{za m  
自由参数： aQym= 6%e  
 反射镜1后y方向的光束半径 R;Gl{  
 反射镜2后的光束半径 r-\T}e2Gz  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） FRJ:ym=E  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 X'3`Q S:!  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 dWq/)%@t  
k_|v)\4B  
8n."
5,P  
4 L~;>]7  
DbNi;m  
J:TI>*tn  
w7*b}D@65\  
自由参数： Z%HEn$t  
 反射镜1后y方向的光束半径 ^
&Rxui  
 反射镜2后的光束半径 )2
^/?jK  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Oa_o"p
<Lr  
 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。 3Mh,NQB  
6UzT]"LR;  
J9$]]\52s.  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ;o)`9<es!2  
n[cyK$"  
PE6u8ZAb"  
结果：使用GFT+进行光束整形 V~uA(3\U  
p?`|CE@h7  
,ovv  
]Buk9LTe  
lWyP[>*  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 JXy
667_  
lh(+X-}D  
by:xD25  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 R82Zr@_  
as\K(c9  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 3PR7g  
w2C!>fJ]1  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： z1@sEfk>  
&t%&l0  
E.Q} \E  
pra-8z-  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd j C1^>D  
!=Kay^J~.  
结果：评估光束参数 U=cWvr65  
d&R\7)0  
hb8@br  
 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。 \z2hXT@D  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 s:Ql](/B#  
d# ?*62  
}${ZI  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 2
T2#HP  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） -_f0AfU/a  
\,IDLXqp  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd rM~IF+f0XD  
"ZPbK$+=yU  
光束质量优化 YrcC"  
9(
evHR7  
Lzx(!<v  
 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。 /z-C :k\  
 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）。 n,'AFb4AF  
&I'F-F;  
结果：光束质量优化 #?d>S;)+  

 SrU   
;\&bvGj8V  
 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。 %fSk "%u%<  
cXEy>U|/  
zmS-s\$,  
I$qtfGr  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） 1Y0oo jD  
]{,=mOk  
=ir;
m  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd {$eZF_}Y^  
KNyD}1  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 "dU#j,B2  
WaK{/6?T,  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 >0okb3+  
3Eux-C!t  
DppvUiQB!a  
 这意味着参数变化是的正态 ,&l*AB!  
G uI sM  
=]k_Oq-1h  
tZ2iSc  
}z2-|"H  
 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。 %;B'>$O  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 CxN@g'  
T`DlOi]Z_  
VrL>0d&d  
+|w~j#j9`  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run >\Pj(,'  
uUB%I 8  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） lMf5F8  
0#nXxkw  
,>%r|YSJ)  
q&S.C9W  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 v2z
/|sG  
^/YAokj  
总结 MX_a]$\:n  
qk"=nAJX  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 gV>\lMc[-%  
1.模拟
W/QOG&g  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 +FK<j;}C7  
2.研究 '0]_8Sy&  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 A
UpC HG7  
3.优化 No|{rYYKK  
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。 5Rp2O4Z  
4.分析 U,(+rMeY0  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 X~4:sJ\P=  
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。 4hz,F/ I  
~ZC=!|Q#  
参考文献 DKCy h`  
[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). k/Ro74f=  
} ~bOP^'  
进一步阅读 {vlh,0~  
'.<"jZ  
进一步阅读 iB_j*mX]  
 获得入门视频 ikiy>W8  
- 介绍光路图 Kf5p*AI  
- 介绍参数运行 d)sl)qt}0  
 关于案例的文档 VX%\_@  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens j!H?dnE||  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 5X-(@Gw
N  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing oOz6Er[KO  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair e.H"!X!0#H  
(#Aq*2Z.  
U.x.gZRo[  
QQ：2987619807