[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ,3g]=f  
R|cFpRe  
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 _Ct@1}aa4x  
64IeCAMVo  
{H~8'K-  
x);?jxd  
简述案例 :7 s#5b  
PW~cqo B71  
系统详情 Q>#)LHX  
 光源 KU8Cl>5  
- 强象散VIS激光二极管 XACEt~y  
 元件 J~nJpUyP*  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） p~k`Z^xY$  
- 具有高斯振幅调制的光阑 k;AV;KWI'  
 探测器 #I*ht0++  
- 光线可视化（3D显示） s\n,Z?m  
- 波前差探测 T3B|r<>I  
- 场分布和相位计算 z}Mb4{d1  
- 光束参数（M2值，发散角） V2<k0@y  
 模拟/设计 ta+"lM7A}$  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 e!L sc3@  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： l{%Op\  
 分析和优化整形光束质量 xu\/]f)  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 7J)Hwl  
~-o^eI4_  
系统说明 =Un6|]  
d}^:E  
}I'>r(K  
模拟和设计结果 qH}62DP3  
r4z}yt+  
数值探测器结果 2EI m  
` wsMybe#  
FC/>L  
IhFw{=2*  
"S:NU.
c?  
总结 _dRn0<#1(k  
LI5cUCl  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 1 _:1/~R1  
1.模拟 ZLFdnC@  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 C[/
Uy  
2.评估 /:c,v-  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 1.cUolnr  
3.优化 tMs|UC  
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。 SieV%T0t1  
4.分析 w7]p9B  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 @bVh?T0~F,  
^.$r1/U  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 Wb
-'E%K  
]|\>O5eeu  
详述案例 2H32wpY ,l  
1(\I9L&J   
系统参数 Z+pvdu  
HT;QepY3  
案例的内容和目标 xhoLQD  
QIxJFr;>  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ?@uK
s4  
'| Q*~Lh  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 2/<WWfX'  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 k-Hfip[ro  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 OuJy$e  
(;S]{z%  
模拟任务：反射光束整形设置 W0,"V'C  
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。 :!*;0~#  
5]O LV1Xt  
eNk!pI7g  
CIs1*:Q9  
l8 2uK"M  
V%KW[v<G<  
规格：像散激光光束 LW8{a&  
Y_iF$m/R  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 1:l&&/Wy  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ]Pl6:FB8%@  
VBj;2~Xj4h  
,Z\,IRn  
'MM~~:  
#z54/T  
FO)nW:8]  
规格：柱形抛物面反射镜 Svp
Ts  
                         2|H'j~  
 有抛物面曲率的圆柱镜 lNp:2P  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 |Btx&'m  
 曲率半径等于焦距的两倍 ~$
&r(9P  
>71w #K  
gJcL{]  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） vh{1u  
5^qp&  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 \kRJUX!s  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） MicVNs  
 离轴角决定了截切区域 f#-T%jqnK  
q9Opa2  
规格：参数概述（12° x 46°光束） tf}Q%)`f  
Tqh Rs  
   &=t(N
I$  
U=1`. Ove  
光束整形装置的光路图 3ncvM>~g  
|4*2xDcl  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 oUS>p":  
 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。 _=$!T;}lE  
I6Q_A  
反射光束整形系统的3D视图 ?d`+vHK
]>  
/M c"K  
^)]*10  
:1  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 $GKm`I"  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 r
*xw\  
o8pe07n(W  
详述案例 uWT&`m_(2  
J0z0%p   
模拟和结果 u\;dUnr  
lNPbU ~k  
结果：3D系统光线扫描分析 C+IE<=%F  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 5}aC'j\  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 M|]1}8d?  
ee?ZkU#@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd P9chRy  
="eum7  
使用参数耦合来设置系统 L#N.pd  
&_^<B7aC'k  
I,uu>-  
自由参数： ;|%JvptwW%  
 反射镜1后y方向的光束半径 eBKIdR%k  
 反射镜2后的光束半径 *N+aZV}`Z  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 0'oT {iN  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 W5uI(rS<6  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 QQ8W;x  
?
pY!sG  
=KD*+.'\/  
?b$zuJ]  
/pN2
Jst  
zQ_[wM-  
\+A<s,x  
自由参数： . +?lID  
 反射镜1后y方向的光束半径 hjT1SW\I  
 反射镜2后的光束半径 UL"3skV   
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ]V("^.~$+C  
 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。 <Tu
SU[]  
ea+rjvm  
0)44*T  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 sYgnH:t X  
Jjq%cA  
zPc;[uHT  
结果：使用GFT+进行光束整形 !AHm+C_=Lg  
Z.(x|Q9  
_x{x#d;L3  
jG :R\D}0  
m~B=C>r}t  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 =*U24B*U93  
PSE|4{'  
Q7%#3ML  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 g_X7@Dt  
r8.v0b"1  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Bb`^,?m  
DV"ri  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ^)pY2t<^  
A6L}5#7-  
(Mh\!rMg  
 %C:XzK-x  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd z+I-3v  
]f~YeOB@  
结果：评估光束参数 N8vl< Mq  
,oe{@z{*@  
C%>7mz-v5  
 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。 uy{KV"%"^g  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ^*Fkt(ida  
}6N|+z.cU  
d`/{0:F  
 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。 `yXy T^  
 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） e>)5j1  
T5;D0tM/  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd I,;)pWX=@  
t79MBgZ  
光束质量优化 $z]l4Hj  
w%\;|y4+  
KRe=n3 1  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 OHo0W)XUU  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 tPHiz%  
ja
2]VbB  
结果：光束质量优化 "kC>EtaX  
|93%,  
iz(+(M  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 =qvU9p2o  
Vp$ckr  
Gov{jksr  
wSMgBRV#^  
 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。） QPEv@laM  
enj2xye%Y  
WXL.D_=+  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd z-j\S7F  
!@X#{  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 0l6%[U?o  
`h'^S,'*  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 HPQ,tlp6j  
_p.{|7  
m.*+0NG  
 这意味着参数变化是的正态 t}nRWo  
2srz) xEe  
>Z%^|S9  
6eD[)_?]y  
67eo~~nUtg  
 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。 +!(hd  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 7d*<'k]{,  
Yy}aQF#M  
$j/F7.S  
wSK?mS6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ,3j*D+  
c#DTL/8"DO  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） ORoraEK  
2,\uY}4  
Ow I?(ruL'  
u$"5SGI6  
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。 {IVqV6:  
MqqS3   
总结 pLU>vQA  
S]>_o"|HV  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 h4#5j'
RO  
1.模拟 ){}#v&  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 PD?H5W3@  
2.研究 N%a[Y  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 CHz(wn  
3.优化 -~q]0>  
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。 3,
?y !  
4.分析 9`muk  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ]V_9[=%  
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。 k|V{jBG"@  
@lX)dY  
参考文献 0-9&d(L1g  
[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). q)[gVL  
aE"t['  
进一步阅读 d2Y5'A0X  
 -<sXv
n  
进一步阅读 K6X1a7  
 获得入门视频 /_O-m8+4m  
- 介绍光路图  }oG&zw  
- 介绍参数运行 Uu(W62  
 关于案例的文档 F8/@/
B  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens L,<.rr$:  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens .^uu*S_  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing "`S6
1m_  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair 1pK7EK3R  
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Rq7ksTo  
QQ：2987619807