[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） |,sUD/rt  
A$XjzTR  
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 Q(]-\L
'  
,C&h~uRi#f  
Q^MB%L;D  
D<++6HN&#  
简述案例 niy@'  
[b#jw,7  
系统详情 3<mv9U(  
 光源 ~d5"<`<^o  
- 强象散VIS激光二极管 F|P2\SPL  
 元件 xo@N~
 
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Z7.)[ ;  
- 具有高斯振幅调制的光阑 lmmyDg1R  
 探测器 V'K$:9^x[8  
- 光线可视化（3D显示） RTY$oUqlZ  
- 波前差探测 lh#GD"^(w&  
- 场分布和相位计算 ['R=@.  
- 光束参数（M2值，发散角） J1R%w{  
 模拟/设计 =r-Wy.a@  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 mu{%%b7|^  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： JyB>,t)  
 分析和优化整形光束质量 lZ)u4_  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ^_+ks/  
~:t2@z4p  
系统说明 LWQ BGiJj  
0a'@J~v!  
t9`NCng 5  
模拟和设计结果 ~36c0 =  
+'n1?^U
  
数值探测器结果 \3LD^[qi  
>8JvnBFx=  
epG;=\f}m`  
NXmj<azED  
,o}[q92@w  
总结 ~IqT>  
zcZw}  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ]cA~%$c89s  
1.模拟 =VY4y]V
 
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 3\WES!  
2.评估 ?x[>g!r  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 unX^MPpw  
3.优化 }`M6+.z3F  
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^+a-.Qd  
4.分析 qt:->yiq+  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 EV(/@kN2  
-[`W m7en  
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。 +nZG!nP  
VuBp$H(U  
详述案例 l|fd,  
0Gs]>B4r/  
系统参数 PA=BNKlH  
}GC{~ SZ4  
案例的内容和目标 tV,zz;* Oe  
+]e4c;`ko}  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 d{trO;%#f  
mzw*6e2T  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 <'B^z0I,  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 1k~jVC
2VA  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 $-0u`=!  
~k%\ LZ3s  
模拟任务：反射光束整形设置 0x &^{P~  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 PaZYs~EO  
oaK~:'  
950b9Vn&  
Rq9gtx8,=  
S-H3UND"  
pqr"x2=.  
规格：像散激光光束 W9D)QIqbvW  
hf-S6PEsM  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 /PCQv_Y&,/  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 [y:LA~q  
fI|1@e1  
@hvq,[  
zN:752d^+r  
vuP1gem  
c9[5)  
规格：柱形抛物面反射镜 Ll`apKr  
                         re!CF8 q  
 有抛物面曲率的圆柱镜 RW)C<g  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ;@ e|}Gk  
 曲率半径等于焦距的两倍 0#7dm9  
r__M1 !3  
40E[cGz$*  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ;1 fML,8  
'yNp J'  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 pDLo`F}A  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 6uyf  
 离轴角决定了截切区域 0d2%CsMS"D  
>gE_?%a[  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ]VME`]t`  
Bz{ g4!ku  
   D4|_?O3|m  
qrkT7f  
光束整形装置的光路图 4
l*&3Ar  
7,zARWB!?  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 f/x "yUq  
 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。 _biJch  
)3AT=b  
反射光束整形系统的3D视图 2&m7pcls  
Z:_y,( 1Q  
gg(U}L ]:  
Exr7vL  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 dq(x@&J  
 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）。 66*o2D\Q*G  
-eMRxa>  
详述案例 $#r(1 Ev  
]`prDw'  
模拟和结果 vF&b|V+,  
B
R2y1Hfi  
结果：3D系统光线扫描分析 DtZm|~)a  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ThxrhQ q[+  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 iIFQRnpu;3  
Os{qpR^<I:  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd pQNFH)=nw  
l5FQ!>IM  
使用参数耦合来设置系统 ZAZCvN@5  
2XHk}M|  
R5"p7>  
自由参数： G$ FBx  
 反射镜1后y方向的光束半径 fR
%8?6  
 反射镜2后的光束半径 `?x$J 6p  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 8GldVn.u  
 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。
+QX>:z  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 \0h/~3  
8:xo ~Vc  
l'QR2r7&.  
F6p1 VFs  
nY)Pxahm7  
iC-ABOOu{l  
L])w-  
自由参数： t5h_Q92N  
 反射镜1后y方向的光束半径 fXe-U='  
 反射镜2后的光束半径 h>:RCpC  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ItADO'M  
 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。 $8k_M   
T;@>O^  
 #Uh5tc  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 SWpUVZyd  
?LI9F7n  
dn_OfK  
结果：使用GFT+进行光束整形 :N*T2mP  
: !3y>bP)  
Bq@wS\W>b}  
070IBAk}_  
G4' U;  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 1i:g /H  
+o]BjgG  
'hO;sL  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ?bAFYF0!I  
% Au$E&sj  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 RH]>>tJ^e  
~qxXou,J  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ?4e6w  
W"(`n4hi3  
z\>X[yNpA  
$?AA"Nz  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @T1+b"TC  
]31XX=  
结果：评估光束参数 *)1Vs'!-  
0WE1}.J<  
e8mbEC(AK  
 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。 uhB!k-ir  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 FJ8@b  

@jSb
MI  
d`uO7jlm  
 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。 y[6&46r7D  
 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） ++DQS9b{  
yr2L  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd puN=OX}C  
u#WTh%/  
光束质量优化 T% 13 '  
5!jNL~M  
Yc`j  
 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。 [ 5 2zta  
 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）。 kN|5 J  
,GkW. vEU  
结果：光束质量优化 D%UZ'bHN*  
X2dc\v.x  
Kt,ynA  
 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。 zX [r  
Y%:0|utQC  
4UD=Y?zK  
{lTxB'W@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。） }?]yxa~  
uO@3vY',n  
hr4ye`c j  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd rp @  
B$TChc3B  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ?koxt44  
{&=qM!2e  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 'nWs0iH.  
'K`Rbhy  
*Ht*)l?  
 这意味着参数变化是的正态 Mp"'?zf  
!@<@QG
-  
KU|BT.o8  
Zfy
~mv$  
MziZN
^(  
 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。 G/z\^Q  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 y(nsyA  
MuoctW  
-*%!q$:  
^+%tlX_+.  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run UM( l%  
Yi&-m}  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） /}$T38  
g6VD_  
zn V1kqGU  
Y62u%':X  
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。 TD{=L*{+  
/MKNv'5&!%  
总结 $xA J9_2P  
|O(-CDQe  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 O}MZ-/z=o~  
1.模拟 @q+cmJKv  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 kOAY@
a  
2.研究 d]CviQUq  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 z$c&=Q  
3.优化 p,w|=@=  
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。 B6ed,($&  
4.分析 @)vy'qP d  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 GG_^K#*  
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。 6Lg!Lodu  
4`8IFK  
参考文献 *H5PT  
[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). B;GxfYj  
X'FEOF  
进一步阅读 }PI35i1!t  
9fP) Fwih  
进一步阅读 ]-um\A4f  
 获得入门视频 8 "_Bq  
- 介绍光路图 r(: 8!=~K  
- 介绍参数运行 3>Q@r>c  
 关于案例的文档 ~V2ajM1Z&O  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ovd^,?ib  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens lf%b0na?r  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing -9OMn}w/*  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair k,,!P""  
K85_>C%g  
b/sOfQ  
QQ：2987619807