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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2020-11-17
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) EL2z&  
    ;F71f#iY  
    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 yTe25l{QaF  
    ntL%&wY  
    \MmB+'f&R  
    u8<Fk !  
    简述案例
    eISHV.QV  
    lD _iIe~c  
    系统详情  %\B?X;(  
    光源 g&ba]?[A  
    - 强象散VIS激光二极管 GIR12%-EO  
     元件 ;D4 bxz0ou  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) CJ#Yu3}  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 xBw ua;  
     探测器 lfw BUb  
    - 光线可视化(3D显示) SokU9n!  
    - 波前差探测 {@-tRm&  
    - 场分布和相位计算 )D]LPCd[  
    - 光束参数(M2值,发散角) 5:EE%(g9  
     模拟/设计 3A\Hiy!{F  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 Nk F2'Z{$+  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 1ahb:Mjv  
     分析和优化整形光束质量 w %6 L"  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 y>g`R^^  
    :ZM=P3QZ  
    系统说明 UC00zW<Z@"  
    Ye  >+  
    oOQ0f |MGp  
    模拟和设计结果 (1Jc-`  
    . ve a[  
    BT5~MYBl  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 o 7&q  
    {UhpN"'"n  
    &23t/`   
    O0mQHpi:  
    OnE~0+  
    总结 y#lg)nB  
    ADA*w 1  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 g8Zf("  
    1.模拟 %BRll  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 o1<Z; 2#  
    2.评估 l-[5Zl;"  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 xn7bb[g;  
    3.优化 &+pp;1ls  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 hXn@vK6  
    4.分析 9z?B@;lMc  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 k jR-p=}  
    [8`^_i=#  
    对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 AiV1 vD`  
    8uetv  
    详述案例 2fdC @V  
    sH)40QmO{  
    系统参数 8';huq@C{  
    mDIN%/S'  
    案例的内容和目标 G\S_e7$ /  
    N*>&XJ#  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 p{rzP,Pb&  
    DGx<Nys@B  
    ZL- ` 3x  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 s#)tiCSVW  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 ' C1yqkIa`  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 eP|hxqM&9  
    At8^yF   
    模拟任务:反射光束整形设置 AaJnRtBS~  
    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。 T:EUI]  
    %@[ ~s,6<  
    _VAX~Y]  
    1VO>Bh.Wm  
    -gLU>I7wV  
    zB)wY KwZ  
    规格:像散激光光束 I~U;M+n*y  
    i.>d#S  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 =:v5` :  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 EcmyY,w  
    TInp6w+u  
    hc5iIJ]  
    x?-kt.M  
    % KmhR2v  
    KH76Vts  
    规格:柱形抛物面反射镜
    BYsQu.N  
                             WzO[-csy  
     有抛物面曲率的圆柱镜 -VRKQNT  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 WEB enGQ  
     曲率半径等于焦距的两倍 "Bbd[ZI8  
    wg 6  
    AG<TY<nqL  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) D,;6$Pvg^  
    ,zH\&D$>u  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 's6hCs&|NV  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) ^Dw18gqr=@  
     离轴角决定了截切区域 _8nT$!\\  
    +^@6{1  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) u}IQ)Ma  
    sBm/9vu  
       V(6ovJpA0  
    LDv>hzo  
    光束整形装置的光路图 +%RB&:K7,  
    c,RY j  
    Nc[V kJ]  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 SI@Yct]<g  
     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。 n!t][d/g+  
    RI64QD  
    反射光束整形系统的3D视图 w?zY9Fs=s  
    .LHzaeJCX  
    K+J fU J  
    R?GF,s<j  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 DANndXQLH  
     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)。 $ACD6u6  
    =5Auk 5&  
    详述案例 nvnJVkL9s  
    aXO|% qX  
    模拟和结果 1brKs-z  
    dX:#KdK  
    结果:3D系统光线扫描分析 %G>V .d  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 &C7HG^;W9  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 rCdf*;  
    1$G'Kg/  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd G`r*)pdm  
    uA2-&smw  
    使用参数耦合来设置系统 %R [X_n=  
    $*i"rlJC  
    5!)_" u3  
    自由参数: esVZ2_eL  
     反射镜1后y方向的光束半径 d8Kxtg Y  
     反射镜2后的光束半径 /*yPy?  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) fKZgAISF  
     由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 [e+$jsPl  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 :Y;\1J<b1  
    mjz<,s`D  
    CuD^@  
    $1$T2'C~+  
    \9t6 #8  
    86,$ I+  
    qEbzF#a-:  
    自由参数: Vz,2_QJ  
     反射镜1后y方向的光束半径 h8lI# Gs  
     反射镜2后的光束半径 edy6WzxBcm  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) \v}3j^Yu  
     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。 qxe%RYdA'j  
    DfQD!}=  
    ]\t+zF>&Y  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 XUyoZl?  
    U\Hd?&`9gz  
    ^."HD(  
    结果:使用GFT+进行光束整形 pD>^Dfd  
    K2GcU_*t  
    /o_h'l|PS  
    MjHjL~Tg  
    Z/ypWoV(  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 )d|hIW]7(  
    f{DcR"  
    CxOBH89(  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 KVrK:W--p  
    yNb :zoT  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 G$D6#/rR  
    U 0M>A  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: !F|iL  
    CF`fn6  
    5E+k}S]M$  
    S-Y(Vn4  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd rpNe8"sh  
    :tA|g  
    结果:评估光束参数 O<x53MN^  
    *ppb 4R;CW  
    KrFV4J[  
     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。 XTZI !  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 *0^t;A+  
    PUN.nt  
    ] PnE%  
     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。 a'v%bL;H~  
     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) QJG]z'c+  
    j{nkus2  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 995^[c1o6  
    2rw<]Ce  
    光束质量优化 A_t<SG5  
    S %"7`xl  
    e XU;UO^  
     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。 TLL.Ch|#Y  
     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)。
    i`g>Y5   
    Kup-O u,  
    结果:光束质量优化 ^j2:fJOU#  
    H\kqmPl&  
    X |f'e@  
     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。 ]'aG oR  
    b'N"?W^YQ  
    , "zS  pN  
    FVsNOU  
     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。) B(MO!GNg=  
    Dz&4za+{  
    ubhem(p#  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd OD"eB?  
    qR_"aQ7s2  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 !UUh7'W4u  
    is}Fy>9i  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 MjU>qx::  
    p Nu13o~  
    Ze$:-7Czl  
     这意味着参数变化是的正态 1F5F2OT$8  
    gzDb~UEoF  
    D0QXvrf  
    s=huOjKL]  
    yh5KN_W  
     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。 U hCd,  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 "`:#sF9S  
    /]xd[^  
    cQPH le2  
    ? =IbiT  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run #U/B,`= >  
    No[xf9>t  
    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) /KKX;L[D(  
    yB. 6U56  
    S0=BfkHi.  
    kX1hcAa  
    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。 5<w0*~Z d~  
    of& vQ  
    总结 wq]nz!  
    GZ'hj_2%<  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 *8XGo  
    1.模拟 Fr%KO)s2  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 $ ]81s`  
    2.研究 9 I RE@c  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 u gfV'  
    3.优化 Q}2w~Cn\S  
    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。 YgWnPp  
    4.分析 '`o+#\,b^%  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 >Ft jrEB  
    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。 &2\.6rb.  
    nMc-kyl{  
    参考文献 j#p3c  
    [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). OC\C^Yh*U  
    {{DW P-v4  
    进一步阅读 sox 90o 7  
    %)aDh }  
    进一步阅读 1g/mzC   
     获得入门视频 5d4-95['_  
    - 介绍光路图 wOk:Q4OjL  
    - 介绍参数运行 E_yh9lk  
     关于案例的文档 @/7Rp8Fr  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens .HtDcGp  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens \R#XSW,  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing =C:0 ='a  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair OQsH,'  
    |]]fcJOBP  
    i'EXylb  
    QQ:2987619807
     
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