[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） g.
k"]lP  
>>4qJ%bL  
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 %"i(K@  
M5LfRBO  
c`)\Pb/O  
:I]Mps<  
简述案例 h:))@@7MJ  
xJpA0_xfG  
系统详情 g\|PcoLm  
 光源 A;q9rD,_  
- 强象散VIS激光二极管 $j%'{)gK  
 元件 J'6PmPzY|  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） tH@Erh|%  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ^cC,.Fdw  
 探测器 l K{hVqpt  
- 光线可视化（3D显示） nQZx=JK  
- 波前差探测 1/B>XkCJ  
- 场分布和相位计算 ~Y[r`]X`"m  
- 光束参数（M2值，发散角） @f>-^  
 模拟/设计 AG nxYV"p  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 R`5.[?Dt  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： RF$eQzW  
 分析和优化整形光束质量 5:[0z5Hww  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 3Y4?CM&0v  
=`oCLsz=  
系统说明 r.=K~A  
@}u*|P*  
=osk+uzzG  
模拟和设计结果 biD$qg  
T3.&R#1M8-  
数值探测器结果 Wx%H%FeK  
_#E0g'3  
lWk>z; d  
UBU=9a5  
+zN-!5x  
总结 m,_Z6=I:  
\[i1JG  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 .[KrlfI  
1.模拟 5X$jl;6  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 p
Z{+c  
2.评估 s-!
ArB,  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ea2ayT  
3.优化 .WJYQi  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ,5p(T_V/  
4.分析 %g$o/A$  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 vkV0
On  
wh`"w7
br  
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。 Oc0a77@  
,.8KN<A2]'  
详述案例 dh iuI|?@  
]L.O8  
系统参数 @CL{D:d  
!X#OOqPr=  
案例的内容和目标 ]IQ&>z}<  
[-K&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。 X=&ET)8-Y  
z (wc0I  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 !sP{gi#=  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 K#d`Hyx  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 7M~K,E(7~  
>z>!Luw  
模拟任务：反射光束整形设置 CAWN
Dl4  
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。 %JBz5G  
xwq (N_  
`5.'_3  
`i*E~'  
g3/W=~r  
%)W2H^  
规格：像散激光光束 OX!tsARC@  
u'DRN,h+  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 D_*WYV  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 _S1>j7RQo  
5coyr`7mP  
Y eo]]i{  
dn
+KH+v  
\'D0'\:vz  
xJ8M6O8  
规格：柱形抛物面反射镜 n
M*%o-  
                         =s2*H8]  
 有抛物面曲率的圆柱镜 1~ 3_^3OT  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 PiIpnoM  
 曲率半径等于焦距的两倍 S`0(*A[W*  
& l&:`nsJ  
oW*16>IN9l  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） $|@@Qk/T  
+gtbcF@rx  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 vJ[^K  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Yujiqi]J;  
 离轴角决定了截切区域 ]Ie
 0S~  
vMH  
规格：参数概述（12° x 46°光束） "7F?@D$e  
E KLyma&}Y  
   f+,qNvBY/  
_op}1   
光束整形装置的光路图 VU
]`&`~J  
K=h9Ce  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 | rtD.,m   
 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。 ~IBP|)WA-  
k2tF}  
反射光束整形系统的3D视图 :KP@RZm  
Ai?*s%8v  
bJ {'<J  
"_NN3lD)X  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 C1n>M}b  
 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）。 ~-Qw.EdC  
+_oJ}KI  
详述案例 FHg 9OI67  
{]@= ijjf  
模拟和结果 08\,<9  
"&?kC2Y|  
结果：3D系统光线扫描分析 >jLY"  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 $Sip$\+*  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Z0", !6nS  
KU(&%|;g  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Q\7h`d%)  
qt"m  
使用参数耦合来设置系统 0pd'93C  
"JV_2K_i  
"`e{/7I  
自由参数： *P=VFP  
 反射镜1后y方向的光束半径 rw JIx|(  
 反射镜2后的光束半径 !M1"b;  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ;'@9[N9  
 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。 ItrDJ'  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 >SHhAEF  
^Y \"}D  
aeM+ d`f  
P}^W)@+3k  
/7F:T[  
vX
ZOy%$o  
)F]]m#`  
自由参数： E]-/Zbvdv  
 反射镜1后y方向的光束半径 =-n}[Y}A  
 反射镜2后的光束半径 CkQ3#L<2  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） n;Vs_u/Nx  
 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。 fr6fj  
yWo; a  
cR<fJ[*  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 c`w}|d]mC  
Iit;F  
/7^4O(iG  
结果：使用GFT+进行光束整形 B[?Ng}<g`  
)Y{L&A  
o]oum,Q  
FWgpnI\X|{  
S;#'M![8  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 hMD|#A-<  
@`- 4G2IU}  
>_T-u<E  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ,w4V?>l  
j'"J%e]  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 >!1-lfa8
 
E{P|)`,V  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 6mxfLlZ  
\\;jw[P0  
1K50Z.
o&@  
`7V]y-  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd <}9lZEqY  
S3Xl  
结果：评估光束参数 ],Do6 @M-  
Cjlk  
Z o(rTCZX  
 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。 jasy<IqT!{  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 @Z:l62l=bE  
@Qt{jI!  
')<hON44EX  
 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。 \xw5JGm  
 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） K_Eux rPn  
*#+An<iT ;  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 7Kxp=-k  
Yufc{M00  
光束质量优化 59;KQ  
T%*D~=fQ'  
":QZy8f9%  
 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。 DT&@^$?  
 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）。 U26}gT)  
}a(dyr`S  
结果：光束质量优化 ?)d~cJ  
5#E`=C%  
,/|T-Ka
 
 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。 5M*:}*  
hf&9uHN%7m  
iSs:oH3l  
3eQ&F~S  
 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。） q9s=~d7  
T</F 0su|  
NU2;X (z[  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd #Ki[$bS~6  
=]0&i]z[.  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 BR;D@R``}  
/aZ`[m2  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 ]>Es4 s  
PALc;"]O  
toC^LZgZ_6  
 这意味着参数变化是的正态 uJ v-4H  
6i3$CW  
\(2sW^fY  
oW6XF-yM  
1=Z0w +v{  
 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。 ;>7De8v@@  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 v mk2{f,g  
ye5&)d"fa(  

.eVG:tl\  
>tW#/\x{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run &gx%b*;`L0  
o0KL5].  
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） O3kA;[f;  
nb%6X82Q  
j|#Bo:2km  
rmg}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。 %n9aaoD  
+ksVtG,  
总结 Wvf ^N(  
oYH-wQj  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 y?4BqgB  
1.模拟 1yu4emye4  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 7hPY_W y  
2.研究 3)ywX&4"L  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 $-sHWYZ  
3.优化 qY!Zt_Be6  
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@2#W#  
4.分析 )\$|X}uny&  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 Btcy)LRk  
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。 8bld3p"^  
U # qK.  
参考文献 *0=j?~&  
[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). Er?&Y,o  
?&1!vz  
进一步阅读 Xc&9Glf  
c{w2Gt!  
进一步阅读 ]~siaiN[  
 获得入门视频 EXqE~afm2  
- 介绍光路图 f) L  
- 介绍参数运行 0<@@?G  
 关于案例的文档 {"KMs[M  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens I-l_TpM)  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens z~s PXGb  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing }k.Z~1y  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair '6%2.[o  
?4T-@~~*`=  
' S/gmn  
QQ：2987619807