[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） )<YfLDgTs  
u|(;SY  
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 Kcl~cIh77  
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简述案例 u-</G-y  
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系统详情 Z;/QB6|%  
 光源 !U::kr=t  
- 强象散VIS激光二极管 '_ZiZ4O  
 元件 +%Z#!1u  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） NW]zMU{c  
- 具有高斯振幅调制的光阑 UA4="/  
 探测器 '`+8'3K~E  
- 光线可视化（3D显示） ~cr##Ff5  
- 波前差探测 ^k J>4  
- 场分布和相位计算 2`dKnaF|  
- 光束参数（M2值，发散角） fM/~k>wl  
 模拟/设计 Q Uy7Q$W  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 G]v BI=  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ?kM2/a"{G  
 分析和优化整形光束质量 ^=Dz)95c  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 x3AAn,m8  
+h]~m_O  
系统说明 je;C}4  
<#nt?Xn  
RE0ud_q2  
模拟和设计结果 1R.|j_HYy  
;SgPF:T>Q  
数值探测器结果 ^V}c8 P|  
pJdR`A-k|  

O\J{4EB@.  
N?EeT}m_  
sEymwpm9  
总结 6%^A6U  
<EKTFHJ!  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 1SF8D`3  
1.模拟 p!o-+@ava  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 z[Ah9tM%  
2.评估 A('o&H  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 70<{tjyc  
3.优化 #HDP ha  
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。 w2H^q
3*  
4.分析 'pnOHT  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 +mPVI
 
3ytlD'  
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。 'iWDYZ?  
FLo`EE":O(  
详述案例 ;I9g;}  

WJJmM*>JW  
系统参数 h_HPmh
5  
kBU`Q{.  
案例的内容和目标 p%R+c  
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*J?TNk  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ]f~!Qk!I7r  

p`2Q6  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 k4PXH  
 之后，研究并优化整形光束的质量。  RnSll-  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 *C);IdhK%y  
$0gGRCCG;  
模拟任务：反射光束整形设置 bcgXpP  
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。 LAFxeo  
Q@1SqK#-DQ  
Jcy+(7lE)  
|>RNIJ]  
ix hF,F
 
Y P,>vzW  
规格：像散激光光束 hSz_e  
T>pyYF1Q  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 2bOl`{x  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 a!EW[|[Q  
z=TOGP(  
#KNl<V+c}1  
)5NWUuH 5  
OdpHF~(Y/  
^xgqs $`7  
规格：柱形抛物面反射镜 + 9I|Fm  
                         .D;6 r4S  
 有抛物面曲率的圆柱镜 DheQcM  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 4jc?9(y
%  
 曲率半径等于焦距的两倍 X~cdM1z?  
FJ{/EloF  
SOZs!9oi  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型）  =W&m{F96  
_e/Bg~  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 2OpkRFFa  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） -u7NBtgUh  
 离轴角决定了截切区域 {V pko  
(I`lv=R"j  
规格：参数概述（12° x 46°光束） \H9:%Tlp~4  
l-P6B
9e|\  
   `8r$b/6  
!"o\H(siT  
光束整形装置的光路图 }g@ '^v  
w+r).PS}C  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 9|3sNFGX  
 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。 L[Ot$  
A;^ iy]"  
反射光束整形系统的3D视图 4*L*"vKa  
MsBm0r`a  
I:HrBhI)wP  
Dw.I<fns^B  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 "h #
/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）。 )&O6d .  
[?hvx}  
详述案例 9^9-\DG  
~ g-(  
模拟和结果 0b/@QgJ  
LF @_|oI  
结果：3D系统光线扫描分析  WzoI0E`  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 alB'l  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 0w:
3/WO  
`qYii
c%  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd wdAKU+tM  
(w{T[~6  
使用参数耦合来设置系统 E .28G2&  
IuT)?S7O*k  
Z#B}#*<C  
自由参数： _5H~1G%q  
 反射镜1后y方向的光束半径 MPDRMGR@i  
 反射镜2后的光束半径 7#d:TXS  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Q"B8l[  
 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。 QeC\(4
?  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 7y&6q`y E  
z HvE_-  
$,J0) ~  
h`n '{s  
*oeXmY  
t0jE\6r  
LT Pr8^  
自由参数： k*n~&y:O  
 反射镜1后y方向的光束半径 FwlDP  
 反射镜2后的光束半径 Nf<f}`  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 5'eBeNxM  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 H8I)D& cw  
rAAx]nQ@  
jL8A_'3B  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 TIZ2'q5wg  
xs\<!  
X'<RqvDc5  
结果：使用GFT+进行光束整形 1/m$#sz  
_B#x{ii  
\Cu=Le^  
~?Vod|>  
u6F>o+Td)  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 bL`\l!qQx;  
#^r-D[/m  
Z{BK@Q4z  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 @--"u_[  
zn 0y`9!n?  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 @2L^?*n=  
]W$G!(3A  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： t6\H  
T0")Ryu  
0?8>{!I  
6WQN!H8+^  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd W{.:Cf9  
)I3E  
结果：评估光束参数 k kAg17 ^  
HZ%V>88  
n}F$kyI  
 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。 D.:`]W|  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ?k4Hk$V  
-%Vh-;Ie(  
+B " aUF  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 __xmn{{L6P  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） XWAIW=.  
|Vqm1.1/Zv  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd uP%VL}%0  
.z_nW1id  
光束质量优化 &! h~UZ  
&Pm@+ML*x  
U ->vk{v  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 I+;e#v,%U  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 8 
<;.[l  
@}H'2V  
结果：光束质量优化 y\;oZ]J  
rgCC3TX  
] 9C)F*r7  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 'l<$H=ZUVG  
eA
2*}"W  
7F>]zrbK  
53:u6bb;  
 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。） NR(rr.  
4qsct@K,  
NAE|iyw  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ,&4 [`d  
@H$am  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 PSu]I?WF  
jrN 5l1np  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 okRt^qe  
N?{Zrff2"O  
aC1 xt(  
 这意味着参数变化是的正态 @q<h.#9  
faLfdUimJ  
#S/~1{  
j -o  
cwaR#-#  
 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。 y@*4*4
6v  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 um]*nXIr  
jWxa [>  
ld(_+<e  
2BOH8Mp9  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run bt=D<YZk  
l2Py2ZI-b  
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） V4"o.G3\o  
e[T3,2C  
@]X!#&2>  
~!TrC<ft  
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。 bupW*fD:  
Bq~S=bAB>R  
总结 !lEV^SQJs  
K6B6@  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 !?i9fYu  
1.模拟 ~8k`~t!
 
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 5ip ZdQ^  
2.研究 78xiT  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 mL}Wan  
3.优化 ',FVT4OMw  
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。 fvTp9T\f3  
4.分析 `ZC -lAY  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 e jk?If 07  
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。 C;ha2UV0H  
}o GMF~  
参考文献 p|;#frj  
[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). p,8:(|(  
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进一步阅读 i
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进一步阅读 <Vyl*a{%  
 获得入门视频 QB*AQ5-  
- 介绍光路图 =}0>S3a.7  
- 介绍参数运行 q,Nqv[va  
 关于案例的文档 REJBm  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens Gqar5  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 9WoTo ,q  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing G7-.d/8|^  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair 1?p:66WmR  
$Ovq}Rexc  
uZ1G,9  
QQ：2987619807