[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） D{R/#vM jk  
dN<5JQql  
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 @LcT-3u  
9Fk4|+OJ  
$~=2{  
;,dkJ7M  
简述案例 Wk}D]o0^@  
o_O+u%y  
系统详情 ) oxIzF  
 光源 {|XQO'Wg  
- 强象散VIS激光二极管 z>|)ieL  
 元件 (`pNXQ0n  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） %@P``  
- 具有高斯振幅调制的光阑 =5Wp
&SM6  
 探测器 jXWNHIl)@  
- 光线可视化（3D显示） D M}s0O$0  
- 波前差探测 JR)/c6
j  
- 场分布和相位计算 xZyeX34{M;  
- 光束参数（M2值，发散角）  g#qNHR  
 模拟/设计 H*rx{F?  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 y@
`~9$  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： q3)wr%!k5D  
 分析和优化整形光束质量 LEK/mCL  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Af9+HI O  
H} 6CKP}  
系统说明 Oqmg;\pm  
/[iG5~G  
ec?V[v  
模拟和设计结果 EE]=f=3  
H_Os4}  
数值探测器结果 IA2GUnUhu  
7]s%rya  
f;wc{qy  
w;+ br  
+T2HE\  
总结 B+Z13;}B  
k2p'G')H  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 VgMP^&/gZ  
1.模拟 q{E"pyt36R  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 PrSkHxm  
2.评估 ?/'}JS(Sm  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 VFSz-<L  
3.优化 JKy#j g:#  
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。 ax_YKJ5#P  
4.分析 c 0-w6  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 7~b!4x|Z  
"OL~ul5  
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。 J &{xP8uq_  
G52Z)^  
详述案例 HabzCH  
Go <'  
系统参数 ^.vmF>$+I  
8a>SC$8"  
案例的内容和目标 yU7I;]YP  
TsHF tj9S  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 kXwi{P3D$  
J?%}=_fsa  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 JMlV@t7y<  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 S0LszW)e  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 J#aVo&.Y  
}1U*A#aN7K  
模拟任务：反射光束整形设置 #3 bv3m  
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。 =nU/ [T.  
ZJ
(rG((!  
tg
85:  
^u)rB<#BR  
'7tBvVO_  
m<:IFx#  
规格：像散激光光束 -@M3Dwsi3  
RUGv8"j  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 DMZ`Sx  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 &U"X$aFc  
c+2%rh1  
L.B~ax.|Z  
XP?*=Z]  
/\E [  
m^I,}1H4  
规格：柱形抛物面反射镜 w`gyE 6A  
                         (}gcY  
 有抛物面曲率的圆柱镜 M"U OgS  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 M35Ax],:^  
 曲率半径等于焦距的两倍 ]V<-J   
#?&0D>E?k  
ZHkw6@|  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） \%5MAQS  
6D/'`  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 JsQ6l%9  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） mhz
Yz;}  
 离轴角决定了截切区域 \
VN=Ef\E  
5~r2sCDPk  
规格：参数概述（12° x 46°光束） saW!
9HQj  
S " pI  
   "C
74  
{1~T]5  
光束整形装置的光路图 <KQ(c`KW7  
MzTW8  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 K)[8 H~Lm  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 JNo8>aFOb  
lTz6"/  
反射光束整形系统的3D视图 S_Z`so}  
]b}B2F'n  
2]ti!<  
&88oB6$D^q  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Rs7|}Dl}  
 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）。 %}b8aG+  
`# ^0cW  
详述案例 ctJ&URCi#  
S
SmHEy*r)  
模拟和结果 (lWq[0^N  
h6M;0_'  
结果：3D系统光线扫描分析 $sgH'/>  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ngyY  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 "2hh-L7ql  
<B[G |FY,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd :
6Pad  
h$fe -G#  
使用参数耦合来设置系统 +jV_W
z  
bd\=h1  
lG"H4Aa>  
自由参数： LwdV3vb#  
 反射镜1后y方向的光束半径 -cfx2;68  
 反射镜2后的光束半径 +nU.p/cK+\  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ]P1YHw9  
 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。
`}8&E(<  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 E%3TP_B3  
3,6Ox45  
8cdsToF(e.  
Ijedo/  
U[||~FW'  
OhwF )p=  
U^_D|$6  
自由参数： REA;x-u
*  
 反射镜1后y方向的光束半径 >K:u?YD[  
 反射镜2后的光束半径 IXq(jhm8bL  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） f)6))  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 !j^&gRH  
]gP5f@`  
"H+,E_&(  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 e7k%6'@  
*g$i5!yM'  
`W5-.Tv  
结果：使用GFT+进行光束整形 O\Eqr?%L)  
,XB%\[pKe  
jk70u[\  
"wM1qX  
n=!uNu7  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 GyC)EFd  
2wlKBSON  
,8VU&?`<}  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 <nzN$"%  
X0uJNHO  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 {j SmoA  
b?VV'{4  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： .i/m  
npH?4S-8G  
2<r\/-#pU  
f8n V=AQ  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd k`VM2+9h'^  
|b.z*G  
结果：评估光束参数 T>d.#  
\N6\v5vh  
+%#8k9Y  
 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。 Qvqqvk_tv  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 2 y8~#*O  
I.V:q!4*  
h @/;`E[  
 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。 V3sL;  
 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） i[nF.I5*f  
WES#ZYtT  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 6mPm=I[oh  
S
~yR5cb  
光束质量优化 ejePDgi_[  
}31ZX  
r4{<
Z3*N  
 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。 2F+gF~znQ  
 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）。 @,OT/egF4:  
PLR0#).n  
结果：光束质量优化 {1Eu7l-4  
p]&j;H.  
w"zE_9I\  
 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。 hYg'2OG  
!xK=#pa  
`8g7q 5  
Ciihsm  
 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。） "@ E3MTW  
}iiHr|l3  
k*Nr!Z!}  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd {{{#?~3$7  
i
EHh{H(  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 e XV@.  
nHst/5dA  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 gK1g]Tc@G  
Gt-UJ-RR y  
dl|gG9u4Q  
 这意味着参数变化是的正态 \~DM  
\
v2H^j/  
7{M>!} rY  
veh 5}2  
\;9W.d1i
U  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 B#l?IB~  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 l|"6yB |  
/n{1o\  
Ngy=!g?Hk=  
_eQ-`?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run >hsuAU.UOR  
v/QUjXB
r  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） |D#2GeBw1h  
2YBIWR8z  
t#wmAOW  
smy}3k  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 4{na+M  
1,t)3;o$  
总结 b]fzRdhl  
WNX5iwm  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 n! h7
 
1.模拟 /DFV$+9  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ig#r4nQ=  
2.研究 b$JBL_U5Ch  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 aMuVqZw  
3.优化 O[q\e<V<  
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。 6[P-Ny{z  
4.分析 `lpz-"EEV  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 4ne5=YY*  
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。 '+y_\  
fw-\|fP  
参考文献 vT{kL  
[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). gwB\<rzG  
zqySm)o]  
进一步阅读 d IB }_L  
Snw3`|Y~<  
进一步阅读 =?Fkn4t  
 获得入门视频 ]!"S+gT*C  
- 介绍光路图 PX O
!t]*  
- 介绍参数运行 GHc/Zc"iX  
 关于案例的文档 LDj<?'  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens hsNWqk qys  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens e{w>%)rcP  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 0BU=)Swku  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ODw`E9  
N3A<:%s  
~2*9{  
QQ：2987619807