[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） b:}+l;e52  
Syj7K*,%bZ  
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 (t)a u  
+'!vm6  
R+O[,UM^I~  
#/Qe7:l  
简述案例 #<|q4a{8  
[3QKBV1\  
系统详情 !EQMTF=(  
 光源 %@d~)f  
- 强象散VIS激光二极管 0Bpix|mq  
 元件 "ewB4F[  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） #e8NF,H5  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ~?)ST?&  
 探测器 5#U*vGVT
 
- 光线可视化（3D显示） n7S~nk  
- 波前差探测 R\wG3Oxol  
- 场分布和相位计算 aBLE:v  
- 光束参数（M2值，发散角） u*$ 1e  
 模拟/设计 LMvsYc~]q  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 =,=tSp  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ES#K'Lf  
 分析和优化整形光束质量 fXHNm$"n  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Vi~F Q  
e/<Og\}P/
 
系统说明 A"@C }f  
|H4/a;]~  
Rg6e7JVu  
模拟和设计结果 GUyc
1{6  
/#M|V6n  
数值探测器结果 An e.sS  
?N|B,F  
FFNv'\)  
v*nX  
>#RXYDd  
总结 IRZ?
'Im  
AdtAc$@xK  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 sGCV um}  
1.模拟 <,Zk9 t&  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ? 1g<] ?  
2.评估 9*%Uoy:  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 DaW_-:@s  
3.优化 4V7{
5:oa  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 '~E&^K5hr  
4.分析 @,-xaZ[  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 m3k}Q3&6Z  
,!f*OWnZ  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 QMzBx*g(  
7ST[XLwt%}  
详述案例 PT|W{RlNl  
5s>$  
系统参数 ESZ
6<!S  
W)F2X0D
>  
案例的内容和目标 C`D5``4  
J0}OmNTzD  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 1_7}B4  
@Zs}8YhC  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 AG#5_0]P~  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ^z$
-NSlI  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 eA>O<Z1>  
i%M2(8&^Q  
模拟任务：反射光束整形设置 X.,1SYG[  
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。 ztG_::QtG]  
\HDRr*KO  
EM*YN=So  
UKx91a}g  
tWi@_Rlx;  
#Vanw!  
规格：像散激光光束 O1@xF9<  
+EcN[-~  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 LD WFc_  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 N`/6 By  
Pe/cwKCI  
 _tN"<9v.  
K ^1bR(a  
~)}npS;  
z@cL<.0CE  
规格：柱形抛物面反射镜 vcAs!ls+  
                         ~l-Q0wg  
 有抛物面曲率的圆柱镜 fw_V'l#\  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 8@!/%"Kt2  
 曲率半径等于焦距的两倍 r9G<HKl  
R{3f5**0  
|-I[{"6q$@  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） LZyUlz  
'1=t{Rw
 
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 :t]YPt
  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） j ij:}.d6  
 离轴角决定了截切区域 ]]+wDhxH  
K!k,]90Ko  
规格：参数概述（12° x 46°光束） }}Eko7'^  
y1/$dn  
   6d,jR[JP  
gmWR
w{nS+  
光束整形装置的光路图 rZ1${/6  
0,nDyTS^  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ,'F;s:WM,  
 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。 DPi%[CRH  
qr(SAIX"  
反射光束整形系统的3D视图 1A">tgA1  
)=;0  
5FnWlFc  
vj^vzFbK  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 9rtcI[&?0  
 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）。 :Cw|BX@??U  
xe2Ap[Y'M  
详述案例 d$kGYMT"  
{Os$Uui37\  
模拟和结果 $)mE"4FE  
mTW0_!.  
结果：3D系统光线扫描分析 3*3WO
,9  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 5Y"lr Y38  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 g%#" 5Kr  
xRJv_=dT  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd wnP#.[,V  
93[c^sc9*a  
使用参数耦合来设置系统 ' V;cA$ $  
fC2e}WR
  
^:\|6`{n  
自由参数： KDuM;  
 反射镜1后y方向的光束半径 _NA0$bGN9  
 反射镜2后的光束半径 0CQ\e1S,#  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） k(><kuJ`3  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 jhUab],  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 X26gl 'U  
'u{m37ZJ  
{$HW_\w  
o';sHa'  
"44VvpQC  
~a4htj  
x,STt{I=  
自由参数： \('8_tqI"  
 反射镜1后y方向的光束半径 qXkc~{W_  
 反射镜2后的光束半径 SY["dcx+  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Ni'vz7
j  
 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。 l];,)ddD9  
Ix^xL+Tm  
)
$I;)`q  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 DHW;*A-  
MZB0vdx  
<K%qaf  
结果：使用GFT+进行光束整形 cnXIE{9M  
Q_euNoA0  
`ux U H#  
4WG~7eIgy  
s@E"EWp0  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 {^1GHU  
KRf$VbuL  
>lU[ lf+/  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 fKf5i@CvB@  
:;t*:iG  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 "@RLS~Ej  
~(aQ!!H6  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： I&U?8  
QDRSQ[\  
Gmi4ffIb3  
r;t0+aLc*  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd L@2T  
NQ_H-D\,  
结果：评估光束参数 R)"Ds}1G  
P&V,x`<Z  
z*.
4Y  
 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。 :[m;#b  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 XL>cTM  
x'{L%c>L  
M2(+}gv;7p  
 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。 3XYCtp8  
 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） +u#;k!B/>  
Kgbgp mW  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd jw
gXq(  
)d!,,o  
光束质量优化 1hw1AJ}(F  
Zj99]4?9  
'due'|#^  
 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。 3k py3z[%  
 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）。 !jL|HwlA  
,di'279|  
结果：光束质量优化 $-[V
)]h  
NOLw119K  
Ci0:-IS  
 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。 r5h}o)J  
t8DySFT  
L!Iu\_{q  
@cA`del  
 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。） uV!Ax*'  
:^tw!U%y1  
w>>)3:Ytd  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd i[/g&fx  
97lM*7h;  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 9bRlSb@  
oMawINDa  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 \ce (/I   
:p0|4g
 
zV_U/]y  
 这意味着参数变化是的正态 q{5wx8_U  
4HQP,  
?Y7'OlO  
5@ecZ2`)+h  
zZ&L#  
 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。 OvqCuX  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 D7H,49#1Q  
6:O3>'
n  
3o&PVU?Q  
R]O!F)_/'  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run /. GHR  
Q?-HU,RBO  
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） M9'Qs m  
*{8<4CVv  
QlmZBqK}&  


GO{o #}  
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。 ,e{(r0  
u;\:#721  
总结 np,L39:sf  
Oa~|a7`o  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 M24FuS  
1.模拟 xP%`QTl\  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 J0CEZ  
2.研究 l!CWE  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Bf33%I~  
3.优化 }_93}e  
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。 6REv(E]  
4.分析 F4'g}yOLd  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 }1E'a>^|  
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。 g"vg {Q  
7OY<*ny  
参考文献 ^HYmi\`  
[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). /z:pid,_0  
b*Ny  
进一步阅读 KdY3  
&~VWh}=r  
进一步阅读 2<HG=iSf  
 获得入门视频 S-V)!6\cK  
- 介绍光路图 qOy3D~  
- 介绍参数运行 rI34K~ P  
 关于案例的文档 ?O(KmDH  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens kXimJL_<g  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens w:xLg.Eq6  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing *)0bifw$&  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair td!WgL,m  
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}%(e`[?1  
QQ：2987619807