[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） bMu+TgAT,  
f4b/NG|  
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 (ejvF):|  
r:'.nhe  
!cLo>,4  
VG#EdIiI  
简述案例 M,,bf[p$  
"5!oi]@>(  
系统详情 P{jbl!UD7  
 光源 #&k5d:  
- 强象散VIS激光二极管 6=/F$|  
 元件 |O+H[;TB6  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） rJTa  
- 具有高斯振幅调制的光阑 D|p9qe5%  
 探测器 (@VMH !3  
- 光线可视化（3D显示） ,HV(l+k {|  
- 波前差探测 'ya{9EdlT  
- 场分布和相位计算 At>DjKx]O  
- 光束参数（M2值，发散角） iByf{I>+  
 模拟/设计 ]^7@}Ce_  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ! E5HN :#  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 4f@rv^f(X  
 分析和优化整形光束质量 5H9z4-i x?  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 p38-l'{#  

%OCb:s  
系统说明 -3*]G^y2  
()?(I?I
I  
Lg.gfny[(t  
模拟和设计结果 F~W6Bp^W  
"+nRGEs6  
数值探测器结果 ,w4(kcg%iQ  

7xlkZF  
my1@41 H  
)2o?#8J  
!9e=_mY  
总结 SKN`2hD  
Wvh#:Z  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Ll't>)  
1.模拟 jB2[(  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 V f&zL Sgr  
2.评估 %wy.TN  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 :3Ox~o  
3.优化 zC!t;*8a  
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。 Wn2NMXK  
4.分析 q3!bky\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 Dz/ "M=  
{JT&w6Jz  
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。 wwZ,;\  
v\ )W?i*l  
详述案例 {VRf0c  
;6$jf:2m  
系统参数 wP@(?z  
x 9fip-  
案例的内容和目标 d#FQc18v}k  
A;M'LM-M  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 Vc Z3 X4/  
m-, x<bM?
 
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 k9!{IScq  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 ^ Ze=uP  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 kffcm/  
^1.By^ $  
模拟任务：反射光束整形设置 rx|pOz,:  
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。 ;i+jJ4  
L!xi  
Dlvz)  
@q)d  
6'f;-2  
K
}Qa~_  
规格：像散激光光束 ]Y&VT7+Z  
"w<#^d_6  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 BI@[\aRLQ  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 $XH^~i;  
xAm6BB c  
VIf.q)_k  
J{G?-+`  
v3>UV8c'  
jPkn[W# 6  
规格：柱形抛物面反射镜 E]r?{t`]  
                         B9S@(/"7  
 有抛物面曲率的圆柱镜 *LY8D<:zs  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 )+Pus~w  
 曲率半径等于焦距的两倍 dj%!I:Q>u  
>yDZ
w!C  
_@/8gPT*i  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） xgtR6E^k  
Dvln/SBk  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 &%Tj/Qx  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） w4Z'K&d=  
 离轴角决定了截切区域 4B][S'f  
kG*~|ma  
规格：参数概述（12° x 46°光束） RG`1en  
@KAI4LP  
   ? =+WRjF  
T
[j,UkgGo  
光束整形装置的光路图 ?bu>r=oIO]  
rVsJ`+L  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 @=kSo -SX  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 1-QS~)+  
;*&-C9b  
反射光束整形系统的3D视图 OZ!^ak  
)\^-2[;  
POR\e|hRT]  
FC"8#*x  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 c[Zje7 @  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 s"?3]P  
6S\8$  
详述案例 HUOj0T  
u>/ TE  
模拟和结果 {kAc(  
2dgd~   
结果：3D系统光线扫描分析 @ur+;IK$  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ua `
RJ
 
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 3DG_QVg^v  
kz7(Z'pw  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd -s'-eQF J  
pcI uN  
使用参数耦合来设置系统 VOh4#%Vj  
cPc</[x[W  
$ o#V#  
自由参数： Q.c\/&  
 反射镜1后y方向的光束半径 7i1q wRv  
 反射镜2后的光束半径 9k[9P;"F:  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 5.J.RE"M  
 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。 p
s DetP  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ZWp(GC1NA  
L\z~uo3:  
1]/.` ]1  
2jCfT>`3  
t#eTV@-
 
QUQ'3  
y Fq&8 x<X  
自由参数： 0NX,QD  
 反射镜1后y方向的光束半径 >t_6B~x9  
 反射镜2后的光束半径 ! #2{hQRu  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 4)o  
 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。 ,L'zRyP  
PXNh&N  
}txX;"/  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 'K,:j 388  
by/jYg)+  
fPW@{~t  
结果：使用GFT+进行光束整形 y9}>:pj4  
#$qTFN  
-4_$lnw$  
KRDmY+  
tT?cBg{  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 '$zIbQ:  
hSyql  
!H>R%g#28_  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 E\pL!c  
PdtvU-(  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 w%BL  
K?$^@
N  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： F;0}x;:>  
+@iA;
2&  
oWo- j<  
_Qi&J.U>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd #d2.\X}A"3  
HcSXsF  
结果：评估光束参数 N7 $I^?<  
uw+M  
.O}%  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 G..aiA  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 [>5-$YOT  
HLaRGN3,  
 dZ0vA\z|  
 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。 6 EC*  
 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） G`BU=Fi  
.j<]mUY  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd YRN06*hS  
v"XGCi91L  
光束质量优化 WQL\y3f5  
.-oxb,/  
v4c[(&  
 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。 X1-'COQS%&  
 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）。 H0`]V6+<f  
[)zP6\
I  
结果：光束质量优化 4\u1TYR  
]cZ!y ~  
,UG
RrS  
 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。 X4Ic;  
"haL  
ADP%QTdqFJ  
i}mVQ\j5  
 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。） <vh/4

 
Hmd] FC,_  
2ZMb<b4H  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd (#Gw1  
XJ` ]ga  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 wKYZa# u  
s{S4J'VW  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 vss(twg  
hjB@o#S  
v7jq@#-   
 这意味着参数变化是的正态 !tMuuK?IL=  
|_*O'#jx  
=K{"{5Wb  
y?m/*hh`  
%?uc><&?e  
 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。 cc&axc7I  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 !2A:"2Kys:  
\h DdU+  
v!Pb`LCqK  
OK6]e3UO  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 8lb%eb]U  
7_Z#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） %K`% *D
  
Q/I!}C4  
m~Bl*`~M  
2f:Eof(B  
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。 9@52Fg;mj  
kc @[9eV  
总结 ?-^
m`  
I1\a[Xe8E  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 8J~1-;  
1.模拟 ?jt}*q>X]  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 $
Y_i4(  
2.研究 : G`hm{  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 8<7GdCME  
3.优化 r8&^>4  
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。 tBT<EV{ G  
4.分析 2aB^WY'tC  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 EV^~eTz  
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。 vRxM4O~"  
R8UYP=Kp  
参考文献 3g~^[&
|i  
[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). /43-;"%>  
'vq:D$A  
进一步阅读 a/U2xq{x  
RQp|T5Er*  
进一步阅读 ND,Kldji  
 获得入门视频 `^Eae  
- 介绍光路图 8kt5KnD2  
- 介绍参数运行 KdUnD4d  
 关于案例的文档 j.ldaLdG  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 3bd5FsI^pU  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens K+)%KP
 
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing GF:`>u{C  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair j0GMT
ri3  
Enq|Y$qm  
a=$t&7;,  
QQ：2987619807