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    [技术]反射光束整形系统 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 11-12
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) g*\u8fpRq  
    Y&`Vs(  
    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 +SkD/"5ng  
    gE(QVbh(  
    {4ON2{8;4  
    G+AD &EHV  
    简述案例
    o\h[K<^>)  
    ja70w:ja  
    系统详情 d|]F^DDuI  
    光源 r Y|'<$wvg  
    - 强象散VIS激光二极管 #*#4vMk<  
     元件 8dq{.B?  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) D|9C|q  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 o %A4wEye  
     探测器 u-Ct-0  
    - 光线可视化(3D显示) :1eI"])(  
    - 波前差探测 `rW{zQYM  
    - 场分布和相位计算 P1 =bbMk  
    - 光束参数(M2值,发散角) oP5G*AFUq  
     模拟/设计 Df02#493  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 QkZT%!7  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): ##BMh!  
     分析和优化整形光束质量 j{>E.F2.  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 g$kK)z  
    ;SeDxyKG  
    系统说明 &1893#V  
    )QaI{ z  
    _)p@;vGV  
    模拟和设计结果 I(P|`"  
    W!.UMmw`  
    $$<9tqA  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 R}Uv i9?  
    PV(b J7&R  
    uf\Hh -+p  
    QE)I7(  
    @5\OM#WT~&  
    总结 Q{b ZD*  
    B~-VGT 2o  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 "w= p@/C  
    1.模拟 NS-u,5Jt  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ~xGWL%og  
    2.评估 EK_NN<So#  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 G%;XJsFGp  
    3.优化 X|L.fB=  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 X&MO}  
    4.分析 g$ZgR)q  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ^=bJ _'  
    HGfYL')Z  
    对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 k^z)Vu|f.  
    ] $$ciFM  
    详述案例 Df||#u=n  
    )"|'=  
    系统参数 x`{ni6}  
    K:z|1V  
    案例的内容和目标 G~a;q+7v'$  
    Sq/M %z5'  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 u3Z*hs)Z%  
    ;H_yNrwA  
    kR7IZo" q  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 .sAcnf"  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 Zg5@l3w  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 '`T.K<  
    >wej1#\3  
    模拟任务:反射光束整形设置 ?(*KQ#d  
    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。 ^USj9HTK  
    5aL0N  
    ;T/W7=4CZ  
    |iLeOztuE  
    {G&K_~Vj  
    g % q7  
    规格:像散激光光束 S"CsY2;  
    7SoxsT)  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 !ceuljd]  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 9Vxsv*OR,  
    xVuGean Cv  
    jeN_ sm81b  
    %((F} 9_6  
    !\JG]2 \  
    S-gL]r3G8  
    规格:柱形抛物面反射镜
    l@q.4hT  
                             .ZxSJ"Rk  
     有抛物面曲率的圆柱镜 #?}k0Y  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ']u w,b  
     曲率半径等于焦距的两倍 7F4$k4r<  
    %g5weiFM  
    (+4gq6b  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) %&c[g O!Za  
    4FQU$f  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 Q {3"&  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) bICi'`  
     离轴角决定了截切区域 _p?lRU8  
    igOjlg_Q  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) 0 !E* >  
    3xsC"c>  
       VHM,W]  
    A{: a kK  
    光束整形装置的光路图 {K*l,U  
    #PVgx9T=_  
    -869$  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 09_3`K. *  
     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。 |D$U{5}Mv  
    8n?P'iM  
    反射光束整形系统的3D视图 .Ig`v  
    U.crRrN  
    Fq&@dxN3  
    4Mi*bN,  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 o83HR[  
     绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 6G/)q8'G  
    8niQG']  
    详述案例 W ;,Uh E  
    "#rlL^9v  
    模拟和结果 1mJBxg}(  
    }{ pNasAU  
    结果:3D系统光线扫描分析 Um9!<G=;  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 ! D'U:)  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 hDl& KE  
    Al$"k[-Uin  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd KB&t31aq  
    e3F)FTG&  
    使用参数耦合来设置系统 |w>"oaLN|Q  
    y 8];MTl  
    )cUc}Avg}  
    自由参数: Z2PLm0%:  
     反射镜1后y方向的光束半径 bRLmJt98P  
     反射镜2后的光束半径 R{8nR0 0|1  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Zr;.`(>  
     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。 GJy><'J,!>  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 9gn_\!Mp  
    lk}R#n$  
    ^gw_Up<e6  
    $$A{|4,aI  
    rP2^D[uM.  
    (vz)GrH>  
    W2%(a0p  
    自由参数: gEO#-tMjOQ  
     反射镜1后y方向的光束半径  3i?{E ^  
     反射镜2后的光束半径 6IPhy.8  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) kkyn>Wxv  
     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。 6%U1%;  
    I = qd\  
    ZA1?'  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 >`5iq.v  
    Z:,HB]&;9  
    ;#EB0TK  
    结果:使用GFT+进行光束整形 8$v17 3  
    k:m~'r8z  
    6DaH+  
    @2CYv>  
    \ CV(c]  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 J0d +q!  
    ?lR)Hi  
    &I:X[=;g  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 MZ=U} &F  
    nl*{@R.q @  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 <rRm bFH#  
    yeE_1C .  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: &^63*x;hE  
    0>H<6Ja  
    M[Y|$I}  
    /-^gK^  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @`wBe#+\  
    z.e%AcX  
    结果:评估光束参数 +'uF3- +WY  
    PLFM[t/  
    NvJu)gI%  
     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。 '[qG ,^f  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 +]I;C  
    ;)0vxcMB  
    X2dTV}~i  
     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。 7R7g$  
     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) =ub&@~E  
    lH:TE=|4  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd nP 2rN_:4  
    >^|\wy  
    光束质量优化 6}C4 SZ  
    Eqp?cKrji  
    ?tqTG2!(  
     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。 x"8(j8e  
     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)。
    cX7xG U  
    kVkV~  
    结果:光束质量优化 %j2YCV7  
    &m>`+uVBP  
    &oTSff>p}  
     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。 AJt0l|F  
    IJS9%m#  
    4)JrOe&k  
    4{CVBowi  
     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。) \dIIZSN  
    0u'2f`p*  
    =<`9T_S 16  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd mEz&:A  
    >AN`L`%2  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 Yi7`iC  
    =zqOkC h$  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 SQ>.P  
    E`LML?   
    swi|   
     这意味着参数变化是的正态 2~R"3c+^  
    d!G%n *  
    >W.Pg`'D  
    pL-p  
    fcnbPO0M  
     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。 72~)bu  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 IH}?CZ@{?  
    HxU.kcf  
    .Ks&r  
    :'1ePq  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run W zy8  
    *ubLuC+b  
    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) ofcoNLX5c  
    +;:i,`Lmg  
    .H7"nt^  
    [5a`$yaQ  
    由于波前差和因此校准的偏差更大,M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 [K&O]s<Y  
    :!g|0CF_  
    总结 e#FaK^V  
    =]-!  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ? Ew>'(Q  
    1.模拟 <^n9?[m*  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ;P5\EJo  
    2.研究 VIAj]Ul  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 cg1<  
    3.优化 Pa0tf:  
    通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 1i bQ'bZ  
    4.分析 ;`X-.45  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 aJI>qk h?]  
    可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置,尤其是离轴系统。为此,根据情况应用不同的模拟引擎。 &Vnet7LfU  
    {YK6IgEsJe  
    参考文献 2}~1poyi>  
    [1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). UupQ* ,dJ  
    u"X8(\pOn  
    进一步阅读 uDH)0#  
    | 2p\M?@  
    进一步阅读 MZv&$KG4m@  
     获得入门视频 t!D=oBCro  
    - 介绍光路图 zr84%_^  
    - 介绍参数运行 RTLu]Bry  
     关于案例的文档 _f^q!tP&d  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens m]7Y )&3  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens UO<uG#FB  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing $ AG.<  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
     
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