[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 4v=NmO}  
=b{!p|  
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 l2AAEB_C.  
`8.Oc;*zu  
<9BM
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2I8RO\zR  
简述案例 RPXkf
71iM  
x]6wiV  
系统详情 B.J_(V+  
 光源 =:4vRq
[  
- 强象散VIS激光二极管 #dd-rooQuD  
 元件 ZRK1UpP
 
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） KMhEU**  
- 具有高斯振幅调制的光阑 cAL*Md8+  
 探测器 5Tb3Yy< .  
- 光线可视化（3D显示） !9n!:"(r  
- 波前差探测 ,X&(BQj h  
- 场分布和相位计算 }"sZ)FE  
- 光束参数（M2值，发散角） #fuc`X3:HL  
 模拟/设计 >h[ {_+  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 wG,
"ZN  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Nydhal00  
 分析和优化整形光束质量 miq"3  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 _:ORu Vk  
DKvNQ:fI>9  
系统说明 ~&UfnO  
f`[gRcZ-  
x}c%8dO#J  
模拟和设计结果 G;'=#c ^  
SU {
U+  
数值探测器结果 `akbzHOM  
3hPj;-u  
AzfYw'^&9  
jgkJF[t`  
?)60JWOJ1  
总结 A18&9gY  
#Fl5]> |  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 nJ ZQRRa:C  
1.模拟 HgY#O r(  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 f:).wi Ld  
2.评估 #Is/j =  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ]t23qA@^2  
3.优化 Wl4T}j  
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。 2f=7`1RCD  
4.分析 DM73 Nn^5  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 OFyZY@B-C~  
E2 5:eEXa  
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。 ?9?eA^X%  
R24ZjbKL  
详述案例 _BA2^C':c{  
Ep@NT+VnI  
系统参数 jW?siQO^  
y*AB=d^  
案例的内容和目标 XQH wu  
D+y_&+&,t  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 i;yr=S,a0/  
gA&+<SK(  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Je5UVf3>2&  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ~I+}u]J  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ~MgU"P>  
CXzN4!  
模拟任务：反射光束整形设置 )/:r$n7  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 f\Fk+)e@  
-d|VXD5N  
upJ|`,G{  
W/U_:^[-  
bc".R]  
vbZGs7%  
规格：像散激光光束 ~(|~Ze>  
#ilU(39e  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 T.=du$  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 .hD2g"  
icX$<lD  
<IX)D `mf  
$p} /&  
azUEp8`|  
V&' :S{i  
规格：柱形抛物面反射镜 zeXMi
:X  
                         Hko(@z  
 有抛物面曲率的圆柱镜 _>/T<Db  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 w'Kc#2  
 曲率半径等于焦距的两倍 mNvK|bTUT  
4sVr]p`  

Cw=wU/)  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） (f5v{S6b(  
aWLeyXsAu  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 UacGq,  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Tz=YSQy$9  
 离轴角决定了截切区域 V!'N:je  
n(mS  
规格：参数概述（12° x 46°光束） pY3N7&m\:  
eBK s-2r  
   +!(W>4F  
G]Jchg <  
光束整形装置的光路图 ~)S Q{eK?&  
_t:l:x.;T  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 A/ eZ!"Y  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 iw,F)O  
I82?sQ7  
反射光束整形系统的3D视图 ~dIb>[7wy  
S;o U'KOY  
%^L:K5V  
8Ee bWs*1  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 0I.9m[<Fc  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ZO
FhX$I  
,RkL|'1l  
详述案例 @~!1wPvF`I  
=A6/D    
模拟和结果 ~urV`J  
+ *YGsM`E9  
结果：3D系统光线扫描分析 @G vDl=.  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 9`8\<a'rU  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 728}K^7:  
u}QB-oU  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd #\+TKK  
dVDQ^O&  
使用参数耦合来设置系统 kT(}>=]g  
K>kMKd1  
,w.`(?I/  
自由参数： gTK5z.]  
 反射镜1后y方向的光束半径 ;Yrg4/
Ipa  
 反射镜2后的光束半径 VV(>e@Bc4  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 2a;
vLc4  
 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。 %6`{KT?  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 J&{qe@
^
 
W{OlJRX8  
b$sw`Rsw  
S9Fg0E+J  
Ae,-.xJ  
(~oUd4  
-aiQp@^/J  
自由参数： n:?fv=9n  
 反射镜1后y方向的光束半径 j+3~  
 反射镜2后的光束半径 \lKiUy/  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） a;Ic!:L
 
 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。 W{Cc wq  
;lS
T@>  
%$j)?e  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 .>0e?A4,5?  
-ob_]CKtJ~  
7N^9D H{`  
结果：使用GFT+进行光束整形 Vw*;xek?  
lrjlkgSN  
G7k0P-r,0  
tb7Wr1$<  
<^,w,A  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ,ZcW+!  
W[o~AbU  
BRP9j y  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 9&}`.Py  
e{/(NtKf  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ?;.j)  
?@9kVB*|  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： b .k J&c  
KQ3]'2q  
c,KT1me  
>Dpz0v  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd cA"',N8!5  
mt7}1s,i[  
结果：评估光束参数 yy4QY%  
"U34D1I)#  
-@%*~^~z'  
 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。 e*uaxh+7
 
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 }cyHR1K  
R2Fh WiL  
wJJ4F$"b  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 %4U;Rdq&Ud  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） ykSn=0  
_`WbR&d2Id  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd
~$>l@> xX  
<Mo_GTOC!  
光束质量优化 PYqx&om  
WO$PW`k  
`pF|bZ?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。 IC+Z C   
 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）。 %'j)~  
Y((s<]7  
结果：光束质量优化 K1Nhz'^=D  
i]*Wt8~!  
JxI}#iA  
 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。 &|u  
J_R54Y~vu  
Eom|*2vWIC  
Lm\N`  
 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。） Z{`;Ys:zk  
;rpjXP
 
T%K(opISc(  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd L5""  
STs~GOm-  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 "K`B'/08^  
O>xGH0H  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 9H?er_6Yf  
6GG&mqr+  
9_[TYzpB!  
 这意味着参数变化是的正态 *7.!"rb8A  
xf<D5 olZ  
$"C]y$}  
p>=YPi/d  
p*F&G=ZE  
 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。 R9D<lX0%  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 4&)*PKq  
!>-cMI6E  
ed4:r/Dpo  
`w6\II)aB  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 0/S|P1!b  
mJRvC%  
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） xn1  
mv%fX2.  
DCM,|FE  
EsXCi2]1  
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。 -
EFtk\/  
\%=\_"^?  
总结 MPA<?  
$'dJ+@  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Rtw^ lo  
1.模拟 bgGd  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Bvzl* &?  
2.研究 F"VNz^6laV  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 P0S;aE  
3.优化 $q]((@i.  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Rv ?Go2  
4.分析 MFcN.M  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 FOgF'!K  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 h<\o[n7j  
id@!kSR  
参考文献 <splLZW3k  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). NqvL,~1G  
ChF:N0w? p  
进一步阅读 S{{D G  
v5i
[jM8  
进一步阅读 TAlpy$  
 获得入门视频 OaRtGJnR  
- 介绍光路图 P!'Sx;C^f  
- 介绍参数运行 5WgdgDb@L  
 关于案例的文档 Bu">)AnN  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens NmYSk6kWJ  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens R<lj$_72Q  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ]h~=lItTRZ  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ]7
8
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G*2bYsnhX  
E8J`7sa  
QQ：2987619807