[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） DBJA}Cw  
IzdTXc f  
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 ceZ8}Sh  
mO)PJd2ZD  
RR!!hY3 K  
HDVl5X`j'  
简述案例 ie@`S&.8 T  
ZuvPDW%  
系统详情 u=;nU(]M '  
 光源 IT`=\K/[4  
- 强象散VIS激光二极管 oL Vtu5  
 元件 kq~[k.  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） C$LRY~\  
- 具有高斯振幅调制的光阑 7B]:3M6d  
 探测器 E0eQ9BXh  
- 光线可视化（3D显示） ouVjZF@kS  
- 波前差探测 i*CQor6|z  
- 场分布和相位计算 EeJqszmH  
- 光束参数（M2值，发散角） `{U%[
$<[W  
 模拟/设计 {^2W>^  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 K- I\P6R`  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Ah>gC!F^  
 分析和优化整形光束质量 t{SMSp  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 6f?BltFaN  
QW~5+c9JJ  
系统说明 $iqi:vY  
*)bd1B#  
:vK(LU0K  
模拟和设计结果 zD2.Q%`IM  
sr+gD*@h  
数值探测器结果 8jggc#.  
1a&/Zlr  
K)/!&{7n}a  
`M?v!]o  
cXS;z.M\_  
总结 Y
 .  
2"leUur~rO  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。
19F ;oFp  
1.模拟 3+(yI 4  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 goDV2alC^  
2.评估 .QXG"R  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 JFRpsv  
3.优化 hIVI\U,  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 7-".!M  
4.分析 LBmM{Gu  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ;GE26Ymqly  
djsz!$  
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。 D[89*@v  
@sw9A93A  
详述案例 m7r j>X Y  
6| *(dE2x(  
系统参数 $A;7Em  
5zNSEI"PY  
案例的内容和目标 qr)v'aC3  
/a[V!<"R  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 nW|'l^&  
;
w`sz.  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 t_dcV%
=  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 WI1T?.Gc   
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 vG]GQ#  
C-llq
`(d  
模拟任务：反射光束整形设置 SU%mmwES3  
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。 LH=d[3Y  
-7>^ rR V  
I&L.;~  
Dv<wge`  
w4\BD&7V  
CO-Iar  
规格：像散激光光束 t< sp%zXZ  
{(rf/:X!p  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 P+Wm9xR2d  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 lijB#1<8*  
UTZ776`S&X  
Q |
 
$hh+0hs  
Y!SE;N&  
}>2t&+v+  
规格：柱形抛物面反射镜 Z6 ;Wd_  
                         ;\N79)Gk  
 有抛物面曲率的圆柱镜 b-PSm=`  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 oZgHSRRL  
 曲率半径等于焦距的两倍 ]>5T}h  
zhNQuK,L  
=0,|/1~  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） >Q; g0\I_  

R7lYu\mA  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 14mf}"z\  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） G'u|Q mb1  
 离轴角决定了截切区域 k@S)j<  
8qn 9|  
规格：参数概述（12° x 46°光束） tl|ijR  
S+r^B?a<oM  
   Z a! gbt  
sa*g  
光束整形装置的光路图 z<!O!wX_aI  
wh%xkXa[ur  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 PSPTL3_~  
 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。 'xIyG
De  
0Z"s_r}h  
反射光束整形系统的3D视图 bl=ku<}@  
`xCOR  
g0PT8]8  
;`DD}j`  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 9TC) w|
 
 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）。 yNBv-oe5  
Zae.MO^C!  
详述案例 \^jjK,OK  
9UV9h_.x  
模拟和结果 @Gt`Ds9=  
3f"C!l]Xu  
结果：3D系统光线扫描分析 hUh+JW  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 uAUp5XP|Z  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 6#U^<`  
!scD|ti  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd #AShbl jm+  
onwjn+"&  
使用参数耦合来设置系统 wjrG7*_Y4v  
M diwRi  
5X#E@3g5  
自由参数： -jB3L:  
 反射镜1后y方向的光束半径 "N 3)Qr  
 反射镜2后的光束半径 QOH<]~3J  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） @ &pqt6/t  
 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。 ?^}_j vT  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ?F_)-  
s3:9$.tiR[  
y\D=Z N@  
DN_W.o  
?{6s58Q{  
%Ds+GM-  
H}/05e  
自由参数： 2}vNSQvG  
 反射镜1后y方向的光束半径 tlQC6Fb#  
 反射镜2后的光束半径 BRzfic:e  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Z+4D.bA  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 X:|8vS+0gU  
"
hQgLG  
'RbQj}@x  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 [ *>AN7W  
6~xBi(m`  
s2REt$.q  
结果：使用GFT+进行光束整形 y t5H oy  
.UQE{.?  
0^3+P%(o@  
v-Qmx-N  
nL-K)G,  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ~TqT}:,H  
D+RiM~LH8  
tU:EN;H  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 Lja7  
/.1.MssQM  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 O9"/ kmB  
'e!J06  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Qdf=XG5  
t:)ERT")  
UbamB+QT  
S/tIwG ~e3  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd MTOy8 Im  
\ck+GW4&  
结果：评估光束参数 g(|{')8?d  
6"f}O<M5H  
r]Lc9dL  
 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。
&ldBv_  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ye}p~&  
eq4C+&O&  
ep/Y^&$M  
 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。 rXfy!rD_P_  
 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） ,yd=e}lQx  
tjT>VwqH  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd %9oYw9H!  
F4L;BjnJ  
光束质量优化 OEx^3z^  
JW.=T)  
pmWr]G3,*  
 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。 OTDg5:>  
 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）。 }Gyqq6Aeb  
fw6UhG  
结果：光束质量优化 \>QF(J [8  
',^+bgs5  
Y!J>U  
 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。 :Bu2,EL*O  
f"1>bW>R+  
e]=lKxFh&l  
!V2/A1?  
 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。） mtz#}qD66  
YH&bD16c3  
^z6_Uw[  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd  -!W<DJ*  
>9e(.6&2XZ  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 !`41q=r  
,JU@|`  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 UhA"nt0  
VA*
y|Q6  
+5VLw  
 这意味着参数变化是的正态 Suk  
yeDsJ/L  
,to+oSZE  
Urr#N  
FIxF
nh3~  
 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。 |sRipWh  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 $un?0S  
< -W*$?^  
^uv<6  
bwiPS1+);  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run A+hT3;lp  
Z87_#
5  
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） m3Il3ZY.  
EdZ\1'&/9  
5waKI?4F  
,|&9M^  
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。 Y"A/^]   
.{y uo{u  
总结 Reatdh  
V<k8N^  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 P#=`2a#G  
1.模拟 lz1wO5%h  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 g=I8@m  
2.研究 \=_{na_  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 AU2i%Q!  
3.优化 J9~g|5  
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。 qucq,Yw  
4.分析 yj^+G  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 [l
,Ei?  
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。 GnvL'ESa@M  
As>_J=8} 3  
参考文献 w^t/9N
asi  
[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). D_vbSF)  
yn#X;ja-  
进一步阅读 GvBHd%Ot  
nqLA}u4IM  
进一步阅读 JQ"U4GVp  
 获得入门视频 >,td(= :  
- 介绍光路图 720DV+o  
- 介绍参数运行 *QH28%^  
 关于案例的文档 TqnTS0fx  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens kh`"
WN Nt  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens rS;Dmm  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing x&0vKo;  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair c"[cNZo  
1')%`~  
&Y }N|q-  
QQ：2987619807