切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 387阅读
    • 0回复

    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

    上一主题 下一主题
    离线infotek
     
    发帖
    5786
    光币
    23082
    光券
    0
    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-11-12
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) E7*z.3  
    u}[Z=V  
    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 ;zbF~5e  
    [P*w$Hn  
    6 s+ Z  
    L'>t:^QTh  
    简述案例
    `B^ HW8  
    54A ndyeA  
    系统详情 Ff\U]g  
    光源 aXSTA ,%  
    - 强象散VIS激光二极管 kdWk{ZT^  
     元件 9 J$z/j;X  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) U =()T}b>  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 0CYm%p8!  
     探测器 E+65  
    - 光线可视化(3D显示) p^LUyLG`  
    - 波前差探测 Jk.Ec )w  
    - 场分布和相位计算 L;},1 \  
    - 光束参数(M2值,发散角) w:}RS.AK  
     模拟/设计 d45JT?qg&  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 <3!jra,h  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): >,8DwNuq  
     分析和优化整形光束质量 Ef;OrE""  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 |7jUf$Q\p  
    7[l "=  
    系统说明 kCRP?sj  
    nl7=Nhh  
    >Ic)RPO9  
    模拟和设计结果 p& > z=Z*  
    N[~"X**x  
    &}1PH% 6  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 PZQb.QAn  
    \h%/Cp+p  
    O;qerE?i`  
    B_k[N}|zD  
    K"cN`Kj<*-  
    总结 J`ia6fy.I  
    A22h+8yG  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ( _ZOUMe  
    1.模拟 rZDmZm?=  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Ld[zOx  
    2.评估 )w8h2=l  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 r@3VN~  
    3.优化 `N~;X~XFk  
    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。 7W[}7Y   
    4.分析 'm@0[i  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 :N~1fvx  
    p;dH[NW  
    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。 fPs' A  
    ZJ} V>Bu-  
    详述案例 ( Ck|RojC  
    @<ba+z>"~4  
    系统参数 r*K[,  
    F/\w4T  
    案例的内容和目标 z?HP%g'M~  
    M@rknq@  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 ]q0mo1-EZ!  
    [N}:Di,S  
    5MH\Gq e7  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 !3{> F"  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 QvK-3w;=  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 %aU4d e^  
    /jQW4eW0  
    模拟任务:反射光束整形设置 W6t"n_%?"  
    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。 Kb~s'cTxIO  
    )+c4n]  
    hL#5:~(  
    CPVR  
    GZ# 6}/;b  
    oagxTFh8~  
    规格:像散激光光束 /sf:.TpVh  
    j4L ) D  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 HTK79 +  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ?b0VB  
    Kd8V,teH  
    j?ihUNY!+  
    C2;qSKG3{m  
    "q(#,,_  
    *ktM<N58  
    规格:柱形抛物面反射镜
    V-U,3=C  
                             .%7#o  
     有抛物面曲率的圆柱镜 )cnB>Qul  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Z 55iq  
     曲率半径等于焦距的两倍 [vkz<sL"  
    >s}b q#x  
    ;aKdRhDo  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) F i?2sa  
    *R.Q!L v+  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 ]%jlaXb  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) 7u]0dHj  
     离轴角决定了截切区域 8;YeEW 5  
    Be+CV">2  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) %"~\Pu*>  
    U7d%*g  
       DTrS9j?z  
    TQDb\d8,f  
    光束整形装置的光路图 :1"{0 gm  
    ZcgSVMqEX  
    R9Wh/@J]  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 hc}d S$=C  
     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。 6k"'3AKaR  
    d?(#NP#;  
    反射光束整形系统的3D视图 S 8mqz.  
    qt5CoxeJ  
    dg/OjiD[P  
    qepsR/0M  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 [@Y<:6  
     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)。 K*Y.mM)  
    n.]K"$230  
    详述案例 `An`"$z  
    B`)o?GcVN  
    模拟和结果 /%Lj$]S7[4  
    Z.+-MNWV  
    结果:3D系统光线扫描分析 WmTSxneo  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 dxbP'2~  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 -M}#-qwf  
    u"r~5  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd \D(6t!Ox  
    PLR[nB7K  
    使用参数耦合来设置系统 Z-;<R$  
    hD!W&Er  
    _hyboQi  
    自由参数: tbD>A6&VM}  
     反射镜1后y方向的光束半径 VH7VJ [  
     反射镜2后的光束半径 yS0YWqv]6@  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) (yWU9q)5  
     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。 tjc3;9  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 %7 h _D  
    mDz{8N9<FG  
    8#NtZ  
    !K^.r_0H.  
    f3Ior.n(  
    TB 9{e!4  
    & .VciSq6  
    自由参数: 22S4q`j  
     反射镜1后y方向的光束半径 }z6@Z#%q  
     反射镜2后的光束半径 ^l|{*oj2  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) H%NIdgo}  
     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。 @sRRcP~  
    [YG\a5QK  
    $}&Y$w>S  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 p x1y#Q  
    B9pro%R1Bo  
    ,2T&33m  
    结果:使用GFT+进行光束整形 lR[[]Yn  
    q15t7-Z6  
    )8vz4e Y  
    fH? e9E4l  
    aP^,@RrL  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Sc'z vlq  
    xrDHXqH  
    c'nEbelE  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 -b+VzVJZ  
    _MQ)  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 NNSHA'F,.\  
    j\& `  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: =Tv|kJ| j  
    O?e38(  
    p`:hY`P  
    h^R EBPe  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 9}4P%>_  
    ]w z`j1  
    结果:评估光束参数 +-YMW;5  
    :U_k*9z}=  
    N9hs<b+N_  
     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。 !gA<9h  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 RGFanP  
    ;0DT f  
    0dxEV]  
     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。 Q qGf*  
     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) a@:(L"Or  
    pEgQ) 9\  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 21'I-j  
    L+,p#w  
    光束质量优化 [4 L[.N@  
    _/Ky;p.  
    `|?K4<5|  
     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。 ax$ashFO/!  
     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)。
    $SAq/VHI1]  
    9IJBK  
    结果:光束质量优化 <[mT*  
    AjBwj5K  
    2F9Gx;}t5=  
     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。 -|;{/ s5  
    q5C(/@)^  
    |Iei!jm  
    ~I[Z 2&I  
     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。) q6DuLFatc*  
    d-/{@   
    iAD'MB  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd D2N| A  
    u^.7zL+  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 iUDNm|e  
    |a9d]^  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 j}9][Fm1*  
    $yxwB/O(  
    }e$^v*16  
     这意味着参数变化是的正态 tt5t(+5j  
    ipzv]c&  
    Y'-@O"pK  
    JSz;>  
    8@;|x2=y  
     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。 )CgKZ"  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 Y%<y`]I  
    %oPW`r  
    y!_*CYZ~m  
    zT$-%  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 6ub-NtVu  
    s Dq{h  
    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) {A!1s;  
    l~ 3H"  
    r'bctFsD  
    $sF'Sr{)y  
    由于波前差和因此校准的偏差更大,M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 ogD 8qrZ6J  
    pJ8;7u  
    总结 B=dF\.&Z  
     TA;r  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ',Y`XP"Q  
    1.模拟 ^a+W!  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 NTq#'O) f  
    2.研究 x=-dv8N?  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 R1't W=  
    3.优化 vh+ ' W  
    通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 {#?$ p i[  
    4.分析 a'zXLlXgGd  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 *xHj*  
    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。 $z1W0  
    O*qSc^9q  
    参考文献 m@(8-_  
    [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). $MW-c*5a  
    Buxn!s  
    进一步阅读 0 0JH*I  
    W=QT-4  
    进一步阅读 kT7x !7C  
     获得入门视频 tjONN(K`  
    - 介绍光路图 S"-q*!AhK  
    - 介绍参数运行 op!ft/Yyb  
     关于案例的文档 jVW .=FK  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 0EWov~Y?  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens o 8fB  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing R\i8O^[  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
     
    分享到