[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） |#T
XE|#ux  
0->/`/xm  
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 4`mO+.za1  
Wp*sPZ  
oA3d^%(c  
ItK  
简述案例 j%M @#  
KCXwn  
系统详情 "2h5m4  
 光源 }(=ml7)v  
- 强象散VIS激光二极管 5fHYc0  
 元件 Zd>ZY,-5  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ez0\bym  
- 具有高斯振幅调制的光阑 X^in};&d  
 探测器 U5rxt^  
- 光线可视化（3D显示） k.Zll,s  
- 波前差探测 8Nvr93T,  
- 场分布和相位计算 [&n|\!  
- 光束参数（M2值，发散角） vug-n 8  
 模拟/设计 Q=.g1$LP  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 0^>E`/  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： *?Wtj  
 分析和优化整形光束质量 hZ#\t  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ,cQ)cY[  
v,\93mNp[  
系统说明 szn%wZW  
|!re8|JV_  
/s-d?  
模拟和设计结果 -~'kP /E^  
'aPCb`^;w  
数值探测器结果 m9g^ -X  
/$OIlu  
^%zNa6BL  
Fhi5LhWe+.  
a
a=b<Cd  
总结 <W|1<=z(  
~D!ESe*=  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 H8"tbU  
1.模拟 ;5RIwD  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 j}RM.C\7  
2.评估 Fs9W>*(  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 %jgg59  
3.优化 5|m9:Hv[#  
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。 7X:hIl  
4.分析 (\q[gyR  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ;Yu
>82o.:  
<|dj^.^  
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。 /^QFqM;  
\"bLE0~  
详述案例 eb7UoZw  
'7=<#Blc  
系统参数 ?7 X3P  
I,z"_[^G  
案例的内容和目标 "D!Dr1  
,"C&v~  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 7\ZL  
tpz=}q  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 X?_v+'G  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 $WM8tF?H  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 8\u;Wf  
6%z`)d  
模拟任务：反射光束整形设置 DMRs}Yz6  
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。 7Fc |  
t3M0La&  
} _VZ  
TR_(_Yd?36  
~CJYQFt  
;p.j  
规格：像散激光光束 @]yQJuXA&Z  
>d)|r  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 1URT2$2p  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 [y$j9  
Zm5nLxM  
UFJEs[?+Te  
g')?J<z  
G+;g:_E=  
1gL8$.B?  
规格：柱形抛物面反射镜 *Y^5M"AB_  
                         d!FONi  
 有抛物面曲率的圆柱镜 $t%"Tr  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
~ 6TfW~V  
 曲率半径等于焦距的两倍 o(BYT9|.kw  
M~#5/eRX  
F'fM?!(  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） Q&tFv;1w6  
]IL3$eR  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 s-y'<(ll  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 7Ljs4>%l9j  
 离轴角决定了截切区域 ((n5';|N  
QZ_nQ3K  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 
#=>kw^5  
1Q3%!~<\s  
   _dz:\v  
dVK@Fgo  
光束整形装置的光路图 6eVe}V4W  
&fh.w]\  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 g=)U_DPRi  
 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。 0R.Gjz*Q  
hnlU,p&y3  
反射光束整形系统的3D视图 mOgx&ns;j  
`1DU b7<  
qM+!f2t  
>7eu'  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 =rE`ib  
 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）。 m
^(E:6T  
!:`Ra  
详述案例 !!\4'Q[  
m|g$'vjk  
模拟和结果 jnx+wcd  
GN8`xR{J*  
结果：3D系统光线扫描分析 D<$j`r  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 u&Ie%@:h9R  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 (*c`<|)  
%6vMpB`g  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd c'm-XL_La  
!)=#p
9  
使用参数耦合来设置系统 KG7X8AaK#  
9'1;-^U1  
VbY>l' rY  
自由参数： :5n"N5Go  
 反射镜1后y方向的光束半径 ]ys4  
 反射镜2后的光束半径 BBZ)H6TzL  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） w2RESpi  
 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。 cftn`:(&8  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 yBD.Cs@  
QB oZCLv  
mw%[qeLV  
`"1{Sx.  
C=pPI
  
ph5xW<
VNP  
{&Gk.ODI7  
自由参数： !S$oaCxM  
 反射镜1后y方向的光束半径 KD<; ?oN<O  
 反射镜2后的光束半径 &'oacV=  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） zrWq!F*-V\  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 6H. L!tUI  
#RZJ1uL  
lMI ix0sSj  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 e`gGzyM  
!SD [6Z.R  
u"CIPc{Sr  
结果：使用GFT+进行光束整形 %`<`z yf  
CgPZvB[  
U3d
R[*  
a)yNXn8E_  
OD2ai]!v+  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 4jZi62  
'AlSq:gZ  
PSrt/y!  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 4<K ,w{
I  
=G3J.S*Riy  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ]!S)O|_D[  
FZ'>LZ  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： `'tw5}  
cB9KHqB  
sD8xH  
;V}FbWz^v6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 7;#dX~>@{  
t&?v9n"X  
结果：评估光束参数 ;@ !d!&  
h0EGhJs  
H:nu>pzt  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 PezWc18  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 G5
eLs  
N#6A>  
:J)lC =  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 yK2*~T,6@  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） E'kQ  
N<i Vs  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd A?Hjz%EcW  
x /Ky: Ky  
光束质量优化 &Bdt+OQ ;  
'[ddE!ta  
SO jDtZ  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 }_D5, k  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 (NWN&  
J?=Ob?+ _  
结果：光束质量优化 +cOI`4`$  
TH}ycue  
nO7o7bc  
 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。 u5)A+.v  
aw@Aoq  

n|`):sP  
;<GTtt#D  
 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。） ;s/b_RN  
:phD?\!w8t  
0tL/:zID  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Vv"wf;#  
=$z$VbBv  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 gB{R6 \<O  
<rI$"=7  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ?g*T3S"  
Da[X HUk  
PY:#F|uHS`  
 这意味着参数变化是的正态 =}o>
_+"  
XGl13@=O  
pnw4QQ9  
<cOE6;d#  
(p
K4i5lT  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 4J$f @6  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 8ch~UBq/  
*b l{F
\  
*R6eykp  
S<9d
^= a  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run )Is*- W  
Wn#JYp  
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） t-'GRme  
m%(JRh  
nMvIL2:3  
v#2qwd3x  
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。 p00Bgo  
U8Jj(]},_  
总结 10a*7 L  
2EcYO$R!  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 '\YhRU  
1.模拟 pXlBKJmW  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 JNg5?V;.U  
2.研究 VCtiZ4  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 M!DoR6  
3.优化 utS Mx(  
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。 SF=|++b1f  
4.分析 >-+X;0&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 M#2U'jy  
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]Ny?61  
Sf:lN4  
参考文献 _1%^ibn  
[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). O5%F-}(:  
% 7:  
进一步阅读 XArLL5_L  
!_#js  
进一步阅读 PelV67?M  
 获得入门视频 DcDGrRuh  
- 介绍光路图 7U0):11X#  
- 介绍参数运行 <7Lz<{jaJ  
 关于案例的文档 ?`}U|]c  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 4Lb<#e13R?  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens lV="IP^7  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ;<rJ,X#  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair Wm_-T]#_  
I2Q?7p  
o#b9M4O  
QQ：2987619807