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    科学家
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-17
    光束传输系统（BDS.0005 v1.0） ]*pALT6  
    !3K6ew>Sf  
    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 FqiC zP4  
    b/oJ[Vf  
     e9h T  
    v\:>} <gc  
    简述案例     AFL*a*  
    )cB00*/  
    系统详情 #KZ- "$  
    光源 w :Fes  
    - 强象散VIS激光二极管 J%EbJ5p<QF  
     元件 =-{+y(<"r  
    - 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） wFpt#_fS  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 y[S 5  
     探测器 {) 4D1  
    - 光线可视化（3D显示） >+R`3|o '  
    - 波前差探测 A\lnH5A  
    - 场分布和相位计算 BBnbXhxZ  
    - 光束参数（M2值，发散角） ` DO`c>>K  
     模拟/设计 JAen= %2b  
    - 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 |vA3+kG  
    - 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 'Wl) )lB  
     分析和优化整形光束质量 _Qs )~  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 # SV*6  
    -ZH]i}$  
    系统说明 MOP %vS   
    lh3%2Dq$  
    8(q4D K\5u  
    模拟和设计结果 eI; %/6#  
    fXvJ3w(  
    bSU9sg\  
    场（强度）分布                                   优化后
    数值探测器结果 /"tVOv#  
    {>fvyF  
    '81$8xxdY  
     {HNGohZt  
    1C^6'9o  
    总结 tn+i5Eso  
     :e ?qm7cB  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 M' "S:  
    1.模拟 }:5r#Cd  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 .1 .n{4z>:  
    2.评估 >&RpfE[  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ~0 >g 4 D.  
    3.优化  r75,mX  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 >e($T!}Z  
    4.分析 Y b]eWLv  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 zPWG^  
    ? Sj,HLo@U  
    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。 _OZrH(8  
    XWo:~\  
    详述案例 G?&0Z++  
     h35x'`g7+r  
    系统参数 29z+<?K{  
    mNc (  
    案例的内容和目标 W=&\d`><k  
     &=nwb4  
    在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 5Z ] `n  
    I?lQN$A.E  
    ow:c$Zq  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 `S2YBKz,1  
     之后，研究并优化整形光束的质量。 `][~0\Y3m  
     另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 V?kJYf(<  
    e57}.pF^  
    模拟任务：反射光束整形设置 -d[9mS  
    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。 2shr&M fp[  
     U O YM   
    'M=(5p  
    m4<8v  
    Y\(Q  
    Dp8YzWL2^  
    规格：像散激光光束 *^bqpW2$q  
    Vz1ro  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 %0YwaxXPn7  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Sir7TQ4B  
     Us+|L|/  
    w}zl=w{G  
    +_|M*%  
     ,@tY D(Z  
    *LOpbf  
    规格：柱形抛物面反射镜     7G.IGXK$  
                             'uGn1|Pvy  
     有抛物面曲率的圆柱镜 E)H: L-  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 \CM/KrCR  
     曲率半径等于焦距的两倍 ~=aD*v<3d  
    {'l^{"GO"  
    i=OPl  
    规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） HUuL3lYka  
    8G`fSac`  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 &s->,-,  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） x[U/ 8#f&  
     离轴角决定了截切区域 L (XGD  
    {"S"V  
      
    规格：参数概述（12° x 46°光束） r&@#,g  
     Iz*'  
       <f %JZ4p*  
    jq yqOhb4  
    光束整形装置的光路图 v!27q*;8H  
    Qz2Y w `  
    kE;h[No&K  
     由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 S9S8T+  
     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。 ? acm5dN  
    0ubT/  
    反射光束整形系统的3D视图 *%5 .{J!  
    P +ONQN|  
     hNgbHzW  
    U??P  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 &b8Dy=#  
     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）。 {R%v4#nk  
    0O<g) %Vz>  
    详述案例 smvIU0:K  
    !`"@!  
    模拟和结果 'Vq <;.A  
    1;?n]L`T  
    结果：3D系统光线扫描分析 ;U=IbK*  
     首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ;#$ 67G$  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 #=C!Xx&  
    #$7d1bx  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd .RF ijr  
    n6 D9f~8"  
    使用参数耦合来设置系统 {JTO Q 8&  
    CeQL8yJ;  
    2yZ/'}Mw  
    自由参数： :EJ8^'0Q  
     反射镜1后y方向的光束半径 0,$eiY)u$  
     反射镜2后的光束半径 tQ0iie1Ys  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） s |B  
     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。  h0}r#L  
     对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 vF yl,S5A  
     Ilt!O^  
    IIrh|>d_7  
    s zBlyT  
    N3/G6wn  
    ^w]N#%k\H  
     ,@I_b  
    自由参数： C1w~z4Qp  
     反射镜1后y方向的光束半径 5?6U@??]  
     反射镜2后的光束半径 .Ukejx  
     视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） .quui\I3  
     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。 Cg{V"B:  
    Jv_KZDOdk  
    G bW1Lq&"  
     如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 EFpV  
    v9?hcJ=  
    +5:Dy,F =  
    结果：使用GFT+进行光束整形 M"XILNV-~  
    5Bwr\]%$P  
    %{M_\Ae#  
    BY*{j&^  
    Z8vMVo  
     现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 x? 10^~R  
    7kiZFHV  
    !4;A"B(  
     由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 hM_0/o-  
    ?+3vK=Rf}  
     不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 `.oWmBey\  
    oe (})M  
     产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： g5",jTn#  
    cy_'QS$W   
    1gK<dg  
    WFr;z*  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd : Xe,=M(l~  
    /z=xEnU#  
    结果：评估光束参数 2SjH7 '  
    Z--A:D>  
    ^l,(~03_  
     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。 ]VKM3[   
     在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 _DDknQP  
    %yyvB5Y^  
    E{wnhsl{  
     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。 RJpRsr  
     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） lmGVSdo   
    24g\x Nnt  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd K'6NW:zp~  
    QLPb5{>KDS  
    光束质量优化 WX-J4ieL  
    S^8C\ E  
    '9ki~jtf=  
     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。 "  jBc5*  
     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）。
    8mm]>u$  
    DXa!"ZU  
    结果：光束质量优化 f,}(= u  
    YAdk3y~pL  
    WR.>?IG2E  
     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。 %&5PZmnW  
    o*t4zF&n  
    ^\f1zg9I  
    R<<U(.E  
     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。） Dq~ \U&U\$  
    eY V Jk7  
    1a]P+-@u[  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd KU=+ 1,Jf  
    "?M)2,:A  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 *'n L[]  
    H[Q3M~_E  
     对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 Qx_]oz]NY  
     3+/^  
    6pdek3pOCt  
     这意味着参数变化是的正态 JKF/z@Vbe\  
    m7|S'{+!  
    Ul Mc8z  
    iOB*K)U1  
    +7 mUX  
     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。 _oE 7<  
    这意味着，波前对对齐误差很敏感。 4d8}g25C  
    j%)@f0Ng  
    " V4@nv  
    8xt8kf*k  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run =bOMtQ]  
    qV)hCc/ ~  
    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） RN2z/F Uf  
    ()ww9L2  
    6t{G{ ]  
    5Y>fVq{U?;  
    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。 s{:Thgv,9  
    wA o6:)  
    总结 pQoZDD@B$  
    kvN<o-B  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 w>4( hGO  
    1.模拟 I2gSgv%  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 }_D{|! !!T  
    2.研究 NNBT.k3)  
    为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 t!59upbN}3  
    3.优化 em2Tet  
    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。 p\}!uS4 (  
    4.分析 qE.3:bQ!`  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 CdKs+x&tZ  
    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。 !1mAq+q!  
    w+{{4<+cd  
    参考文献 gX(8V*os^  
    [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  ~)\!  
    ceLr;}?Ws  
    进一步阅读 tPDB'S:&3  
    '.e 5Ku  
    进一步阅读 I]B9+Z?xo  
     获得入门视频 ;1k_J~Qei  
    - 介绍光路图 ~]BR(n  
    - 介绍参数运行 @^`5;JiUk  
     关于案例的文档 :~p_(rE  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens }dSFv   
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 7N0m7SC  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing Xg;q\GS/<i  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair F|&mxsL  
    >Lz2zlZI  
    |\]pTA$2  
    QQ：2987619807
     
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