[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） lGX8kAv?  
B1 xlWdm  
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 A:V/i:IZfR  
 5c1{[  
`A$zLqz)Vm  
+,J!xy+~,  
简述案例 d8VFa'|  
u=ZZ;%Rvd  
系统详情 EB8<!c ?  
 光源 @O HsM?nW  
- 强象散VIS激光二极管 ]?s^{  
 元件 TchByN6oN<  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） ,ZvlKN  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Zi.
w+V  
 探测器 GoPK. E$  
- 光线可视化（3D显示） 9Qn*frdY,  
- 波前差探测 =]P|!$!}0  
- 场分布和相位计算 Fr1OzS^&(  
- 光束参数（M2值，发散角） I1W~;2cK  
 模拟/设计 r-5xo.J'  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 }PzHtA,V  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 3jw4#GW  
 分析和优化整形光束质量 k];fQ7}m<0  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 p&ZLd
`[  
F*=}}H/  
系统说明 D"X`qF6U7  
yS@xyW /  
@WP%kX.?  
模拟和设计结果 .p-T >  
fU'[lZ  
数值探测器结果 /y-8dgv0a  
w s7LDY&(  
jWh}cM=  
lfte  
e# KP3Lp  
总结 sF1j
4 NC  
VevDW }4q*  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Pi=B\=gs  
1.模拟 Z)G@ahOQ  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 mh8)yy5\  
2.评估 &Tk@2<5=  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 EN)0b,ax  
3.优化 xd^9R<  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 N@R?<a  
4.分析 d.p%jVO)"  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 lVS.XQ2<  
.<.#g+  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 "K#zY~>L  
wE#z)2?`\  
详述案例 S3?U-R^`  
a/U4pSug  
系统参数 _y
c&'Wq  
D@yu2}F{IY  
案例的内容和目标 F^X:5g~K  
W_h!Pu
j_  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 y\<\P8X  
6G<gA>V  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 LRv[,]b  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 S&F  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 '<&rMn  
N m@UM*D  
模拟任务：反射光束整形设置 @xN)mi  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 >
jpkR  
z460a[Wl  
^-26K|{3  
tQcn%CK  
6>F]Z)]}  
oVeC@[U  
规格：像散激光光束 3zo:)N\K  
<{1=4PA  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束
nSB@xP#&  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Vi<F@ji  
M]A!jWtE  
i" >kF@]c8  
ZGQz@H5  
H]VoXJ\*  
GaLQ/V2R  
规格：柱形抛物面反射镜 !s(s^  
                         Un\ T} c  
 有抛物面曲率的圆柱镜 lAo S 9w  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面
9u] "($  
 曲率半径等于焦距的两倍 ?T
Y/'-M5  
?eri6D,86w  
&HJ'//bv  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） \Qei}5P,  
a_o99lP  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直  El|Y]f  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） JId|LHf*P  
 离轴角决定了截切区域 TV*@h2C"i  
eTZ2f  
规格：参数概述（12° x 46°光束） "&
1h<>  
l]z=0  
   = K3NKPUI  
"E%3q3|"l  
光束整形装置的光路图 ,_RPy2N  
7r wNjY#  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Qs;MEt1  
 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。 Q'Vejz/  
Q(h/C!rKe  
反射光束整形系统的3D视图 ><"0GPxrx  
8&UwnEk<  
}<g-0&GLm  
wUcp_)aE|  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ~=Q Tv8  
 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）。 H:.l:PJ  
.0iHI3i^  
详述案例 GKa_
6X_  
6'qu[~}Q  
模拟和结果 2*}qQ0J  
>PoVK{&y  
结果：3D系统光线扫描分析 1$1P9x@H  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 dIOiP\^  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 f/{*v4!  
6$LQO),,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd c,_??8  
W;!)Sj4<T!  
使用参数耦合来设置系统 q1vsvL9Q  
-1c{Jo  
aF%V  
自由参数： iBaz1pDc  
 反射镜1后y方向的光束半径 QV9z81[  
 反射镜2后的光束半径 _Sn45h@"  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ^Bu55q  
 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。 Ff{dOV.i  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 z 3N'Xk  
ZOY zCc(d  
zt/N)5\V  
x5 ?>y{6D  
D=:O^<  
vbSycZ2M7  
5;q{9wvqO  
自由参数： Rxk0^d:sNi  
 反射镜1后y方向的光束半径 ?
<6yKxn  
 反射镜2后的光束半径 BSHtoD@e7  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） J ` KyS  
 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。 go B'C  
0*XCAnJ^_  
)Rr0f 8  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 7j8Ou3  
K| '`w.  
^!sIEL  
结果：使用GFT+进行光束整形 !i5~>p|4@  
2C"[0*.[N  
9#b/D&pX5  
W?X3 :1c9:  
xvTz|Y  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 *m*sg64Zw  
@"__2\ 0  
(fcJp)D  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 I@q(P>]X9  
a<CACWsN.T  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 Q%n$IQr4gM  
*:V+whBY  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： MkX=34oc^  
!8OgaMngzF  
M*2 Nq=3  
SaSj9\o  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd /MZ^;XG  
Q?/qQ}nNw  
结果：评估光束参数 "WZ|  
7mtX/w9  
!q5qA*  
 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。 p,7, tx  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 z4{:X Da  
2sH1),\  
5&TH\2u  
 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。 xq<X:\O  
 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） ]-cSTtO  
2B"&WKk  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd P(cy@P
,D  
#eIFRNRb)  
光束质量优化 ZY=
a[K  
AL;4-(KH  
ip!-~HNwJ  
 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。 Mh~E]8b  
 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）。 7> 8L%(7  
KZ@'NnQ  
结果：光束质量优化 8\Bb7*  
uYC1}Y5N  
;@xlrj+  
 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。
IPf>9#L  
Ui.S)\B  
(9Q@I8}Iy  
"/Pq/\,R|  
 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。） GQ2/3kt  
Z}S7%m  
^.PCQ~Ql  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd iF Zqoz  
X}H?*'-  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 '}$$0S.DC  
'OvM  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。
$4q$!jB5  
Up5|tx7  
2P^x'I  
 这意味着参数变化是的正态 \P7<q,OGS  
)3k?{1:  
es<8"CcP  
MUSsanCA  
f+1@mGt  
 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。 ih-J{1  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 sLUOs]cj  
-5JN`  
Kc,i$FH  
j4I ~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run d,toUI  
.y<u+)  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） /36gf  
;8a9S0eS  
<~P!yLr  
pQ>|dH+.  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 b0Dco0U(  
S%aup(wu6  
总结 RL3*fRlb  
cQ |Q-S  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 _s*p$/V\  
1.模拟 p6!5}dD(  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 uVTacN%X  
2.研究 x#gZC
1$Y  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 =#=}|Q}  
3.优化 @S:T8 *~}  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 xkv%4H>  
4.分析 )FNn  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 p=odyf1hK  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 V>/,&~0  
qsQ{`E0  
参考文献 7hTpjox2  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). +abb[  
7Mk>`4D'c  
进一步阅读 V~p01f"J  
4XAs^>N+  
进一步阅读 ]6M,s0  
 获得入门视频 c g)>A  
- 介绍光路图 ==Xy'n9'  
- 介绍参数运行 JOJuGB-d  
 关于案例的文档 3dlY_z=0  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 1\~I "$}  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens &,yF{9$G  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing -DK6(<:0  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair  JJmW%%]i  
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T*%rhnTv0  
QQ：2987619807