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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-17
    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%  
    2I8 RO\zR  
    简述案例
    RPXkf71iM  
    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+  
    `X=2Ff  
    场(强度)分布                                   优化后
    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:e EXa  
    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(  
    EJbFo682  
     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 .hD 2g"  
    icX$<lD  
    <IX)D `mf  
    $p} /&  
    a zUEp8`|  
    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  
    ZU vA`   
     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。 i w,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)。 ZOFhX$I  
    ,RkL|'1l  
    详述案例 @~!1wPvF`I  
    =A6/D    
    模拟和结果 ~urV`J  
    + *YGsM`E9  
    结果:3D系统光线扫描分析 @G vDl=.  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 9`8\<a'rU  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 728}K^7:  
    u}QB-oU  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd #\+ TKK  
    dVDQ^O&  
    使用参数耦合来设置系统 kT(}>=]g  
    K>kMKd1  
    ,w.`(?I/  
    自由参数: gT K5z.]  
     反射镜1后y方向的光束半径 ;Yrg4/Ipa  
     反射镜2后的光束半径 VV(>e@Bc4  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 2a;vLc4  
     由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 %6`{KT?  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 J&{qe@^  
    W{OlJRX8  
    b$sw`Rsw  
    S9Fg0E+J  
    Ae,-. xJ  
    (~oUd 4  
    -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  
    ;lST@>  
    %$j)?e  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 .>0e?A4,5?  
    -ob_]CKtJ~  
    7N^9D H{`  
    结果:使用GFT+进行光束整形 Vw*;xek?  
    lrjlkgSN  
    G7k0P-r,0  
    tb7Wr1$<  
    <^,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$"b  
     整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 %4U;Rdq&Ud  
     M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) yk Sn=0  
    _`WbR&d2Id  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ~$>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 $q]((@i.  
    通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Rv ?G o2  
    4.分析 MFcN.M  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 FOgF'!K  
    可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置,尤其是离轴系统。为此,根据情况应用不同的模拟引擎。 h<\o[n7j  
    id@!kSR  
    参考文献 <splLZW3k  
    [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). NqvL,~1G  
    ChF:N0w? p  
    进一步阅读 S{{D G  
    v5i[jM8  
    进一步阅读 TAl py$  
     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 ]78I  
    G*2bYsnhX  
    E8J `7sa  
    QQ:2987619807
     
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