[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） _kd
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Z-<u?f8{*  
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 M'HOw)U  
Y]lqtre*Y  
Y/^<t'o&  
f@{C3E dd  
简述案例 4W?<hv+k7*  
xHGoCFB  
系统详情 yRznP
)  
 光源 y(dS1.5F  
- 强象散VIS激光二极管 3/AUV%+  
 元件 K$.zO4  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） md`ToU  
- 具有高斯振幅调制的光阑 /OP*ARoC21  
 探测器 yRYWx` G  
- 光线可视化（3D显示） 4yA`);r62  
- 波前差探测 f+920/>!Z  
- 场分布和相位计算 -b$OHFL  
- 光束参数（M2值，发散角） AAW7@\q.  
 模拟/设计 |FFC8R%@]u  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ["F,|e{y$  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ETOc4h
MO  
 分析和优化整形光束质量 @NIypi$T  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析  SoX V  
2UF94  
系统说明 (HI%C@e9  
/)1-
^ju  
5avO48;Vc  
模拟和设计结果 4I*Mc%dD  
`k&K"jA7$  
数值探测器结果 q?L
(V+X  
<<6w9wNon  
ak>NK
K8P  
hBhkb ~Oky  
sQZ8<DpB  
总结 }L!`K"^O&  
CiI: uU  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \2pFFVT  
1.模拟 |esjhf}H>v  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 [QbXj0en$  
2.评估 >n~p1:$  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 P;%QA+%7  
3.优化 v|@n8ED|@K  
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。 cEdJn
@ ,  
4.分析 pXv[]v  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 6ZpcT&yL  
#&83;uys  
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。 =-LX)|x}  
<y!r~?  
详述案例 fR4l4 GU?)  
&.hRVW(  
系统参数 L_"(A #H:  
n-3j$x1Ne  
案例的内容和目标 `uVW<z{l  
Xp6*Y1Y  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 5iddB $  
X3{1DY3@u  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Pki4wDCTW  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 _M[[vXH  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 $af}+:'  
 |7zP8  
模拟任务：反射光束整形设置 $sF#Na4^
 
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。 qYZ7Zt;  
:IVMTdYf  
yM:~{;HLF  
yVHlT  
Sn2Ds)Pfx3  
*}ee"eHs  
规格：像散激光光束 _SC  
NK9WrUj)  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 mqk(UOK`  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 7. 9s.*  
ef}E.Bl  
5A$az03y$\  
?lDcaI>+n  
*rcuhw"^b#  
Pgw%SMEp  
规格：柱形抛物面反射镜 >xV<nL
f/  
                         BX(d"z b<  
 有抛物面曲率的圆柱镜 8o7]XZE=)  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 yC0f/O  
 曲率半径等于焦距的两倍 {L4>2rF  
} ndvV~*1  
O {6gNR,*  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） L\Fu']l  
E)Qh]:<2v  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 b^,Mw8KsO  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型）  n22hVw  
 离轴角决定了截切区域 Mj B<\g>  
i\Pr3 7 "  
规格：参数概述（12° x 46°光束） .aismc`=  
8jjk?PUD8  
   rw8J:?0x
 
j&[.2PW\  
光束整形装置的光路图 
q"+ q  
nKjeH@&#  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 #i+P(xV  
 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。 <a+eF}*2  
< [S1_2b.t  
反射光束整形系统的3D视图 N=Uc=I7C  
-':"6\W  
5G'&9{oB  
Jn<e"  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 g/l0}%  
 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）。 
zh^jWu  
we\b]  
详述案例 ~w1{zxs  
*{.&R9#7U'  
模拟和结果 y4/>Ol]  
PUE'Rr(Q  
结果：3D系统光线扫描分析 =tS[&6/  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 /=muj9|+s  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 pY)j0tdd  
V5yxQb  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd rKzv8d  
?Rt1CDu  
使用参数耦合来设置系统 d4p{5F7]^  
wWJQ~i?  
m
0
I #  
自由参数： q!hy;K`Jd  
 反射镜1后y方向的光束半径 nb0
Py>4  
 反射镜2后的光束半径 D%jD8p  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） |D;"D  
 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。 S2'`|uI  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 +EST58  
' 1P=^  
QN5yBa!Wz  
SRt$4EL21  
FVsu8z u  
BrNG%
%n  
IqhICC1V-  
自由参数： {t844La"  
 反射镜1后y方向的光束半径 e8d5(e  
 反射镜2后的光束半径 Ad]<e?oN=  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） PPwxk;  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 y wW-p.  
A*7Io4e!  
qJ{r!NJJ 8  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 f?=r3/AO  
Kk!6B  
JCw{ ?^F"  
结果：使用GFT+进行光束整形 ?%\mQmjas  
_`bS[%CJ  
! Q|J']|  
My]+?.Ru  
2Vz'n@g=  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 S|K|rDr0n  
~In{lQ[QX  
G 2%  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 awj+#^  
8- dRdQu]  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 P]pmt1a  
,U6*kvHS6  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Sk8%(
JD7  
y#]}5gJ  
V/aQ*V{  
R&6n?g6@/V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Ms.PO{wb  
wrH7 pd  
结果：评估光束参数 vP3K7En  
=E;=+eqt  
a`7%A H)  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ~?FK ; (  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ;EK(b  
yB-.sGu  
mWNR(()v  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 [X;>*-  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） EKcC+g   
~_ *H)|  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd |if'_x1V  
jmkRP"ZnA  
光束质量优化 Jzk
!K@  
fH-NU-"  
(l Lu?NpIi  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 CXBzX:T?#  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 Q2*/`L}m\  
@(Z( /P;:  
结果：光束质量优化 `koOp  
;!'qtw"CB  
?#?e(mpo  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 '4$lL6ly>  
GA.BI"l  
T'hml   
doLkrEm&
 
 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。） ir]Mn.(Y  
O'fk&&l  
uii7b7[w  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd =KV@&Y^x4  
;vMn/  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 8GY.){d!l  
]K7`-p~T  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 (/'h4KS@  
:JR<SFjm  
m)r]F#@/  
 这意味着参数变化是的正态 Z)NrhJC  
G=1m]>I8  
26M~<Ic  
<_t5:3HL  
rw
&y,%2  
 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。 (s088O  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 T:U4:"  
=Ci13< KQ  
Rxx>{+f4M  
)Lb72;!?  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run (Q'U@{s  
d]MGN^%o  
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） }
?J~P%HpF  
r]0(qg  
H"O$&  
Ss 2$n  
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。 bjlkX[{}I  
mk\i}U>`  
总结 P])L8zK  
ZY)%U*jWU  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 6%%PP8
.F  
1.模拟 2hy NVG&$  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 K}Na3}m  
2.研究 U%q:^S%#eG  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 \BUqDd!  
3.优化 M\dO({o  
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。 b~j~  
4.分析 l&3ki!  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Q3,=~}ZNK  
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。 O4E(R?wd  
awFhz 6   
参考文献 ywEDy|Wn$~  
[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). R4SxFp  
Z:|9N/>T  
进一步阅读 {V0>iN:~S  
0V3gKd7  
进一步阅读 AFm,CINa  
 获得入门视频 \6:>
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- 介绍光路图 q`[K3p   
- 介绍参数运行 H<Hrwy~  
 关于案例的文档 wLUF v(&C  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens jN6b*-2  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens \yG`Sfu2  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing (f~gEKcB2u  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair  ,gmH2.  
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QQ：2987619807