[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） DHQavHqbZ  
1$H*E~  
二极管激光光束使用无色散离轴反射装置进行准直和整形 #!qa#.Yi  
jt=%oa  
eT0Yp  
?U$H`[VF}  
简述案例 4CCtLHb  
?hHVawt  
系统详情 e'Njl?>3  
 光源 teIUSB[  
- 强象散VIS激光二极管 ):-\TVz~  
 元件 >NDI<9<'0}  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） 8iQ8s;@S&>  
- 具有高斯振幅调制的光阑 _HjS!(lMk  
 探测器 Xy0*1$IS]  
- 光线可视化（3D显示）
xY v@  
- 波前差探测 cgY+xd@  
- 场分布和相位计算 F/}(FG<'>I  
- 光束参数（M2值，发散角） @'P\c   
 模拟/设计 ()%Not
N;  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 d|I?%LX0p  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： ^N#z&oh  
 分析和优化整形光束质量 4E:kDl*@  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 cc37(=oKL  
J%r$jpd'  
系统说明 xYSNop3_  
w`ebZa/j  
"0Ca;hSLM2  
模拟和设计结果 q.I  
(m:ktd=x  
数值探测器结果 fRlO.!0(  
S3fyt]pp  
'
wA4}f  
pT ]:TRPS  
8p"R4  
总结 K%i9S;~  
A-S!Z2m\  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 zw,( kv  
1.模拟 ,.6)y1!  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 | 6/ # H*  
2.评估 85gdmla@9  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 dkUh[yo"H  
3.优化 J2Y S+%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。 $e#V^dph  
4.分析 &-R(u}m-F  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 v2K6y|6,  
{PBm dX  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 J)I|Xot  
L>@:Xo@  
详述案例 o!$O+%4  
7gxC xfL$  
系统参数 +0DPhc  
,2>nr goM  
案例的内容和目标 9=o;I;I  
yUY* l@v]  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 CQ;.}=j ,  
J!+)
v  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 {V
K   
 之后，研究并优化整形光束的质量。 `514HgR  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 :n0czO6E  
/k_?S?  
模拟任务：反射光束整形设置 zqJ0pDS  
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。 ;:Kd?Tz$  
u*"mdL2  
<<vT"2Q]  
P,RdYM06  
a Byetc88/  
_]aA58,j  
规格：像散激光光束 =wcqCW,]  
P&kjtl68Y  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 N0mP EF2  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 wbImE;-Z  
?yNg5z  
$C.;GUEQ  
qvHRP@  
'.$va<  
T*3>LY+bb  
规格：柱形抛物面反射镜 n-)Xs;`2  
                         ] -}Zd\Rs  
 有抛物面曲率的圆柱镜 b~Q8&z2  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Rzj
1D:?X@  
 曲率半径等于焦距的两倍 n`TXmg  

)1PjI9M  
=k0qj_  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） K (!+l  
KEfx2{k b  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 $C^tZFq  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） :Sc"fG,g)  
 离轴角决定了截切区域 |,)=-21&;  
=" Sb>_  
规格：参数概述（12° x 46°光束） aM6qYO!jA  
{9_}i#,vR  
   o?]N2e&(  
0 v>*P*  
光束整形装置的光路图 Nk ~"f5q7  
V'Z Z4og  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 bd& /B&a  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 L0QF(:F5  
G[4$@{
  
反射光束整形系统的3D视图 W? SFtz  
1;FtQnvH  
}j\_XaB  
}#D+}Mo!,  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 S#[w)
.7  
 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）。 {1VMwANj  
!M*$pQi}  
详述案例 PgMU|O7To  
#=V[vbTY  
模拟和结果 XUK!1}  
VX{9g#y$j  
结果：3D系统光线扫描分析 ]ML(=7z"  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 zMI_8lNz  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 2M`:/shq  
JIH6!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 0<4Nf]i  
dd6m/3uUW  
使用参数耦合来设置系统 Yb?L:,a(I  
*rH#k?  
e0&x?U*/  
自由参数： :41Ch^\E  
 反射镜1后y方向的光束半径 @;1Ym\zc  
 反射镜2后的光束半径 Nfo`Q0\[P  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） x<gP5c>zm  
 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。 +B#+'  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 0~( f<:  
M4rK  
+ebmve \+  
?VRf5 Cr-  
d(!g9H  
A.wuB  
M9ACaf@  
自由参数： s+a} _a:  
 反射镜1后y方向的光束半径 -:~"c@D  
 反射镜2后的光束半径 v3I-i|L<)  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） X :wfm
b  
 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。 |g1~-  
5'%nLW7;O  
:SJxG&Pm=~  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 =+ vl+h  
40$- ]i  
^X\SwgD2w  
结果：使用GFT+进行光束整形 Q xm:5P  
(Ee5Af,4  
7%)KB4(\_
 
TRzL"
:  
l)K8.(2  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 6*r#m%|   
;,7/>Vt  
:ND e<6?u  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ic=tVs  
rjWn>M  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 {[:]}m(c  
RTQtXv6m
D  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： E=$li  
DU|>zO%  
hRaX!QcG3  
4qvE2W}&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 'MK"*W8QRM  
V*j1[d  
结果：评估光束参数 Dhze2q)o  
PHU$<>  
2Y1y;hCK  
 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。 MfG8=H2#|  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 L{F[>^1Sb  
GJj}|+|  
+rWcfXOHM  
 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。 <Gw>}/-^  
 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） -J]j=  
h,@tfd U^  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd n"
g)hu^B  
>hv8zHOO:  
光束质量优化 ,?oC+9w  
h\lyt(.s  
FXG,DJ:  
 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。 q~6a$
8+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）。 8k9Yoht  
$i;m9_16  
结果：光束质量优化 Ge^(Ag}vE  
|YcYWok  
G}LOQ7  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 dj2w_:&W  
-jWXE  
#I}w$j i  
k<A|+![  
 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。） y"Ios:v@-  
HyYol*  
["0DXm%t  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd F#KUu3;B  
`b*x}HP$  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 8;y\Ln?B  
fM!@cph(8  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 r,Tq";N'  
TH>7XK<90M  
#ja6nt8GC  
 这意味着参数变化是的正态 u3C0!{v  
*3#RS  
63HtZ=hO7  
BT|n+Y[  
on.m '-s  
 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。 (Qd@Q,@(s  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 <tgfbY^nL  
0w!:YB,}  
v-&@c  
zb. ^p X  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run aE[:9{<|  
'k9Qd:a}  
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） Jix;!("  
ZmaGp* Wj  
<,</ Ge  
U-pBat.$'C  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 @r]1;KG  
H,Yrk(O-  
总结 p+}eP|N  
gr\vC  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 9)J)r\  
1.模拟 seiE2F[  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 xG:7AGZ$[  
2.研究 LX</xI08W  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 sWFw[Y>  
3.优化 IPk"{
T3  
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。 =~q Xzq  
4.分析 %o_CD>yD  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。
Bxk2P<d  
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。 :~\ y
<  
MZS/o3  
参考文献 PJ2m4ulY  
[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). wpa^]l  
rq|>z.  
进一步阅读 DEt;$>tl 5  
qkD9xFp  
进一步阅读 Ns6CxE9  
 获得入门视频 ALt^@|!d  
- 介绍光路图 XL`i9kV?  
- 介绍参数运行 S#l)|c_~  
 关于案例的文档 AME<V-5  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens i+~H~k}"X  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens YzYj/,?r  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 8_{XrTw(  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair Q+Ya\1$6A  
,8+Jt@L  
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QQ：2987619807