[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） 0V:7pSC{P  
#bk[Zj&  
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 v8
=7  
G+Gd;`4  
:mOHR&2xR%  
#Fp5>%*  
简述案例 w'uI~t4  
`+Ko{rf+9  
系统详情 =2-!ay:  
 光源 DK-V3}`q}  
- 强象散VIS激光二极管 3eOwy~  
 元件 ZY NHVR  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） !cblmF;0  
- 具有高斯振幅调制的光阑 A^\A^$|O6  
 探测器 PDwi])6mf  
- 光线可视化（3D显示） 5!GL"  
- 波前差探测 urM=l5Sx  
- 场分布和相位计算 7-p9IFcA  
- 光束参数（M2值，发散角） TCb 7-s  
 模拟/设计 CJ'pZ]\G  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 0M[O(.x  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： iv3=J   
 分析和优化整形光束质量 yWsJa)e3*@  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 L?[NXLn+  
LI`L!6^l  
系统说明 G:u-C<^'  
3}U {~l!K  
/HlLfW  
模拟和设计结果 ,\t:R1.  
f8Z[prfP  
数值探测器结果 2>bTcud>  
fgzkc"ReK  
8 K7.; t1  
vUlGE  
v$H=~m  
总结 k)'y;{IN  
}@+3QHwYU  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 R8Kj3wp  
1.模拟 rt5FecX
\  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ^T^l3B[  
2.评估 +`y{r^xD  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 U^AywE]  
3.优化 dp&8:jy  
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。 ao+lLCr  
4.分析 701mf1a  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ,RP"m#l!\  
G[;GP0\N  
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。 ?vnO@Bb/a  
B~\mr{|u  
详述案例 U-b(  
+JDQ`Qk  
系统参数 mgODJ  
>M2
~BDZ  
案例的内容和目标 S-^:p5{r  
4Lg!54P8  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 z' oK 0"  
pfs'2AFj  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 @ PboT1  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 f1Az|h  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 D90.z"N\i9  
c >8IM  
模拟任务：反射光束整形设置 D@O#P^?  
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。 zCpsGr  
s *8)|N  
"UNWbsn6Qr  
HITw{RPrW  
QsXy(w#F  
-l:4I6-hi  
规格：像散激光光束 @Rc/^B:  
t\\oGH
 
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 QsO%m  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 <6!;mb ;cX  
26e.Hu  
z(o zMH  
q
=,  
MAv-`8@|  
80'!XKSP  
规格：柱形抛物面反射镜 b6]MJ0do  
                         vzXfJP  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ?Q?=I,2bP  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 3QD+&9{D  
 曲率半径等于焦距的两倍 k=^~\$e  
L  `\>_  
2#i*'.  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） _l,_NV&T  
y E;n.L  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 GR%h3HO2&  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） *v}3So
 
 离轴角决定了截切区域 yPn!1=-(  
0%W0vTvL  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ]Yw/}GKB  
:j<ij]rsI  
   ;YfKG8(0  
,E._A(Z  
光束整形装置的光路图 "p"M9P'  
3*v&6/K  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 ?=FRnpU?  
 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。 ;^"#3_7T]  
`[(.Q  
反射光束整形系统的3D视图 M^6!{c=MIi  
5McOSy  
;_nV*G.y#^  
; *ZiH%q,  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 [YTOrN  
 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）。 ^&|KuI+u  
QnZ7e#@UP  
详述案例 `Lr I^9Z  
R'z -#*[  
模拟和结果 g'pB<?'E'  
o3ZqPk]al  
结果：3D系统光线扫描分析 5*#3v:l/9  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 (+x!wX( x  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 N t-8[J  
wvnuE<o8  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd +\ZaVi  
`,7;2ZG~O  
使用参数耦合来设置系统 tsWzM9Yf  
!xRboPg  
jTh^#Q  
自由参数： T1_
qAz+  
 反射镜1后y方向的光束半径 +gh*n,:|  
 反射镜2后的光束半径 -]-?>gkN5  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） M~O$,dof  
 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。 d^:(-2l-  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 + 2j]  
)zMsKfQ  
~]l T>|X  
92"
;?Xk  
Mv1V Vk  
RHj<t");  
([Da*Tk*  
自由参数： lDf:~  
 反射镜1后y方向的光束半径 -udKGrT+  
 反射镜2后的光束半径 |WUm;o4E`U  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ?E|be )  
 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。 sI% =G3o=  
Z{p62|+Ck@  
_c@k>"_{S  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 a'prlXr\4  
AZ'"Ua  
.8~zgpK  
结果：使用GFT+进行光束整形 |\#6?y[o  
qCUn. mI  
XT<{J8 0z  
mcm8|@Y{  
[Fo"MeH?R  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 8(kP=   
z'rB_l  
,f3Ck*
M  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 o8h1  
]4 q6N
 
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 w`a(285s)i  
0%OV3`  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 8^
U
+P%  
j{:>"6  
5.o{A#/NTl  
"i1r9TLc  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @`S8d%6P  
.`5BgX7W  
结果：评估光束参数 |.;LI=CT  
2[e^mm&.   
k,M%"FLQ  
 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。 lRr={ >s  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 G&f~A;'7k  
|`c=`xK7'  
c_
+y~X)i  
 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。 f83Tl~  
 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） @,%IVKg\  
Ix1[ $
9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd N8K @ch3=P  
idLCq^jnJ  
光束质量优化 4&a,7uVer  
{I"`
(  
Lr;PESV  
 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。 tw?\bB  
 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）。 [T>a}}@  
pQ/ bIuq  
结果：光束质量优化 C?47v4n-'  
}+3IM1VTW{  
[7|j:!  
 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。 }ki}J>j|f  
qL1d-nH  
/'uFX,  
Qin;{8I0  
 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。） 7Ew.6!s#n1  
tM&;b?bJ[  
-0R;C`(!  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 'D1Sm&M2%e  
&8^ch,+pD  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 [tEHr  
.dStV6  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Ohe*m[  
6;^ e  

[WxRwE  
 这意味着参数变化是的正态 <6L=% \X{*  
NIascee  
UC{Tmf  
sM0o,l(5  
irRe}
 
 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。 MV.$Ay  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 sKU?"|G81G  
v?S~ =$.  
LG6k KG  
;p U=>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 'CkN  
60`4 _Uy]_  
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） ;?`l1:C5)  
<Z6tRf;B  
{95u^S=  
fL7u419=  
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。 v7kR]HU[y  
tq^d1b(j4  
总结 oy?>e1Sy*  
`4N{x.N  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 C"=^(HU  
1.模拟 Nr(3!-
  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 @T6Z3Zj}  
2.研究 Gd08RW  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 FID4@--  
3.优化 >tFv&1iR  
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。 ^& R H]q  
4.分析 RaNz)]+7`  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 5W29oz}-S  
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。 }CyS_Tc  
on=I*?+R  
参考文献 >.]'N
:5  
[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). w`?
Rd  
&D[pX|!  
进一步阅读 !^/Mn  
,@b7N[h  
进一步阅读 V;V,G+0Re  
 获得入门视频 cx(W{O"Jb  
- 介绍光路图 Q4&|^RLLG  
- 介绍参数运行 7?O~3  
 关于案例的文档 m<cvx3e  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ~^GY(J'  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 't5 I%F  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing k'd(H5A
 
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair }}VB#
 
1`X- O>  
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QQ：2987619807