[分享]反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） Y\+LBbB8  
wQ~]VVRN  
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 3g5r}Ug  
ruyQ}b:zS  
n,LM"N:   
`M(st%@n  
简述案例 NFC/4  
-@Urq>^v T  
系统详情 F S$8F  
 光源 q~Al[`K  
- 强象散VIS激光二极管 Le{.B@2-"  
 元件 B !wr}]  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） K4+|K:e  
- 具有高斯振幅调制的光阑 !H<%X~|,  
 探测器 Rha|Rk~  
- 光线可视化（3D显示） `%EcQ}Nr  
- 波前差探测 #K/JU{"  
- 场分布和相位计算 ledr[)  
- 光束参数（M2值，发散角） tkkh<5{C   
 模拟/设计 cMoJHC,!  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 @; I9e  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 'KT(;Vof  
 分析和优化整形光束质量 JfK4|{@  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]ms+Va_/  
SJlE!MK  
系统说明 F6b;qb6n  
*"4l}&  
~jmI`X/  
模拟和设计结果 {E7STLQ_%  
F%af05L[  
数值探测器结果 -YmIRocx  
0&b;!N!vJ  
KmM:V2@A$  
LafBf6wds  
G;/l[mvh,  
总结 +Z
86Qz_  
{MTtj4$  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 };EB  
1.模拟 {^^LeUd#V  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 4\g[&  
2.评估 e$JC
ak=  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 &A`,hF8  
3.优化 fakad#O  
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。 ,?Zy4-  
4.分析 V<;_wO^  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 *!{&n*N  
`&xdSH  
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。 9zrTf%mF  
@Y>PtA&w*  
详述案例 n2Mpo\2  
}gB^C3b6  
系统参数 %y*'bS  
$b2~H+u(  
案例的内容和目标 V0&7MY*  
kC6Y?g  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 Y6d~hLC  
oDJ &{N|  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Ro<x#Uo  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 D ] n|d+  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 Fp[49  
^N 4Y*NtV7  
模拟任务：反射光束整形设置 QnS#"hc\a  
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。 _@gg,2 u-  
 6E:H  
d6
-q"  
L~by`q N_  
@ 'N$5  
SW+;%+`  
规格：像散激光光束 p9mGiK4!  
&0:Gj3`  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 UvB\kIH  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 >i.$s  
dLwP7#r  
?i\V^3S n$  
Qu7ML]e?z  
Qz%q#4Zb  
=MD)F  
规格：柱形抛物面反射镜 -U?%A:,a|  
                         NLYf  
 有抛物面曲率的圆柱镜 b9 li  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 jUR* |  
 曲率半径等于焦距的两倍 }1+2&Ps50  
[;F!\B-  
2Ur&_c6P  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） :?m"kh ~  
Eb63O  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 WX_g  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） DB_oRr[oj  
 离轴角决定了截切区域 m(kv:5<>  
3webAaO  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ^^tTA^  
c'Z)uquvP  
   j]5e$e{  
$vYy19z  
光束整形装置的光路图 kApDD[N  
TlX:05/V8  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 9Av{>W?  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 tx`^'%GMA  
\_(0V"  
反射光束整形系统的3D视图 Zp6VH  
o_kZ  
v4uQ0~k~X  
P*PJ  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 .'2I9P\!  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 ;'Z"CbS+  
V$Oj@vI  
详述案例 42-T&7k  
M\7F1\ X  
模拟和结果 sE|8a  
Z.unCf3Q  
结果：3D系统光线扫描分析 [O!/hppN  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 6U%d3"T  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 5xNOIOpDB  
3!QXzT$E  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd '}(Fj2P79  
~Hj
c?*  
使用参数耦合来设置系统 JnnxX
j30,  
l^}5PHLd  
r~fnK%|  
自由参数： O~x{p,s U  
 反射镜1后y方向的光束半径 w Bm4~~_  
 反射镜2后的光束半径 rd[mC[ r  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） \Ov~ t  
 由于功能原理，所有系统参数（距离，焦距，直径）可以由光束参数分析计算。 !/|B4Yv  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 v{*2F  
}v_|N"@  
BrzTOkeyG  
J<Ki;_
=I  
pjSM7PhQ  
&f?JtpB  
P#8lO%;  
自由参数： Y(K`3?A  
 反射镜1后y方向的光束半径 Py+ B 2G|  
 反射镜2后的光束半径 a8k`Wog  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 1 un!  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 t 0p  
G2@'S&2@s  
F%%mcmHD#  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 &fkH\o7)  
('d,Sh  
Olt;^>MQ  
结果：使用GFT+进行光束整形 T`<Tj?:^&  
k{ZQM  
Ze[\y(K!  
PtL8Kd0`C  
b#t5Dve  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 EF=5[$ u  
L"jjD:  
8/ukzY1!  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 ;\j'~AyCn  
8hyXHe  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 )RWukr+  
20J-VN:  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： $h=v;1"  
Hf30ve}  
|^F$Ta  
} z7yS.{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd kKC] n   
N1vA>(2A  
结果：评估光束参数 %)&Tr`  
>29c[O"
[  
_Ii=3Qsf  
 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。 ZHoYnp-~z  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 
Uhyf  
0+e0<'  
F6h IG G  
 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。 {!.w}  
 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） KXWz(L!1  
TKEcbGhy  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd n2[h`zm1{B  
sULsUt#  
光束质量优化 gh^w !tH3  
<l+hcY
am  
0B~x8f  
 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。 
Sm|TDH  
 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）。 e?]HNy  
xz+;1JAL3  
结果：光束质量优化 ?PV@WrU>B  
t[G7&ovj  

L,,*8  
 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。 7WmY:g#s  
rQTG-& ,  
lfR}cx  
Pt6d5EIG  
 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。） eqWs(`  
@TzUcE  
/}CAd  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd s)sT\crP@  
[V5,1dmkI  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 '3E25BsL  
$lUz!mjG  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 0AhUH|]  
RE]*fRe7#  
$)=`Iai  
 这意味着参数变化是的正态 {OS[0LB  
JX{rum  
v|3mbApv  
ZA'0q  
C MGDg}  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 NZwi3  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 :e}j$vF  
=#&+w[4?&.  
v~YGef;D  
d%p{l)Hd  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 9h6siK(F  
/-=h|A#Kh  
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） 1{qG?1<zZ6  
m*KI'~#$%
 
8Qkw
g]X  
)cm^;(#pV  
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。 fA),^  
&.Yu%=}  
总结 e8z?) 4T  
(!Fu5m=<8  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 A[:(#iR5-E  
1.模拟 Ir5E*op7D  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 l o- 42)  
2.研究 _0Y?(}
 
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 wV4MP1c$  
3.优化 5/HkhTyj  
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。 81)i>]  
4.分析 un)PW&~E  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 t^~itlE{  
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。 J@ 8OU  
R~RE21kAc  
参考文献 F$O$Y[  
[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). >#Bu [nD%  
d"lk"R  
进一步阅读 +.xK`_[M  
=n8M'  
进一步阅读 :
TqeVf  
 获得入门视频 nM99AW  
- 介绍光路图 +\>op,_9I  
- 介绍参数运行 !H6X%hlk  
 关于案例的文档 B}N1}i+  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens LO38}w<k  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens =RofC9,  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing U8<C
4  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair Z55C4F5v  
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QQ：2987619807