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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: 前天 07:57
    光束传输系统(BDS.0005 v1.0) JEfhr  
    V/ZWyYxjLi  
    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 Cyud)BZvm  
    hDbZ62DDN  
    T{ lm z<g  
    }dSFv   
    简述案例
    {XW>3 "  
    z.W1Za  
    系统详情 tfv@ )9  
    光源 (JiEV3GH  
    - 强象散VIS激光二极管 we?t/YB=  
     元件 M+4S>Sjw  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) >Lz2zlZI  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 HPK}Z|Vl  
     探测器 '=IuwCB|;  
    - 光线可视化(3D显示) ^fM=|.?  
    - 波前差探测 )' 2vUt`_7  
    - 场分布和相位计算 ?#__#  
    - 光束参数(M2值,发散角) }J=zO8OL  
     模拟/设计 7.C]ZcU  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 K$M,d - `b  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): T{T> S%17~  
     分析和优化整形光束质量 &HJ~\6r\  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 ,7e 2M@=  
    *oIKddZh  
    系统说明 #elaz8 5  
    87nsWBe  
    *kDV ^RBfq  
    模拟和设计结果 :wJ!rn,4  
    &J=x[{R  
    98WJ"f_ #  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 UKSI"/8I  
    n6*; ~h5  
    g: "Hg-s  
    ? oGmGKq  
    %$!EjyH9  
    总结 c{f1_qXN  
    (yz8}L3  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 `RE1q)o}8M  
    1.模拟 .T*7nw  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 \y/+H  
    2.评估 t{/ EN)J  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 J15$P8J  
    3.优化 $E@ke:  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 to 3i!b  
    4.分析 PiIILX{DuH  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 4>@-1nt}  
    Mq,_DQ  
    对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 >l5JwwG  
     ]cI(||x  
    详述案例 ZZ6F0FLXJ  
    d>7bwG+k  
    系统参数 AwL;-|X  
    sfNAGez  
    案例的内容和目标 jfrUOl'l  
    2!Ex55  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 O~&l.>??  
    *'(dcy9  
    w@ 2LFDp  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ihhnB  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 :ui1]its4  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 `24:Eg6r  
    #$%gs]  
    模拟任务:反射光束整形设置 P.1iuZ "w  
    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。 7f td2lv  
    c5rQkDW  
    _E[{7 "3}  
    $RSVN?  
    Onoi6^G  
    o [ %Q&u  
    规格:像散激光光束 XsHl%o8,z  
    7+u%]D!  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 Y<.F/iaH  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 c#;LH5KI  
    BmUzsfD  
    4/ U]7Y  
    Q<``}:y|>  
    |@-WC.  
    7"JU)@ U]  
    规格:柱形抛物面反射镜
    Fk(0q/b  
                             [%nG_np  
     有抛物面曲率的圆柱镜 = -pss 47  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 qkUr5^1  
     曲率半径等于焦距的两倍 aLXA9?  
    qc'tK6=jp  
    KwQO,($,]  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) ?3z+|;t6C  
    D&9j$#9Rh  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 W\<#`0tUt  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) D+o.9I/{  
     离轴角决定了截切区域 JkxS1  
    =\%>O7c,8Y  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) _@prv7e  
    Nyqm0C6m^  
       ZJ[ Uz_%W  
    A#  M  
    光束整形装置的光路图 1v\-jM"  
    .DvAX(2v  
    V!U[N.&$  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 >;3c; nf  
     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[+dX_h  
    Z|?XQ-R5  
    反射光束整形系统的3D视图 ia_8$>xW+  
    ,m b3H  
    -% f DfjP  
    49zp@a  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 +li^0+3-'  
     绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 -5ec8m8  
    "&+0jfLY+  
    详述案例 TQ2Tt "  
    99:L#0!.W  
    模拟和结果 QF>[cdl?8  
    t@HE.h  
    结果:3D系统光线扫描分析 v/haUPWF\  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 3z#;0n}  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Mk9 kGP%  
    t2SZ]|C  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd uU\iji\  
    ?3Fo:Z`@F  
    使用参数耦合来设置系统 5,((JxX$  
    H5I#/j  
    I.<#t(io  
    自由参数: 5y'Yosy:  
     反射镜1后y方向的光束半径 n{yjH*\Z  
     反射镜2后的光束半径 M:SxAo-D2  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) O9yQ9sl  
     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。 V V4_  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 D_)vGvv3;.  
    uR%H"f  
    }00e@a  
    ,i,=LGn  
    ^>p [b  
    )AoFd>  
    m&%b;%,J  
    自由参数: L' pZ  
     反射镜1后y方向的光束半径 w g1pt1 `  
     反射镜2后的光束半径 mC7Y *  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) HW G~m:km  
     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。 I{PN6bn{>  
    RVsNr rZ  
    / fq6-;co+  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 ?:nZv< x  
    -CrZ'k;4  
    g3XAs@  
    结果:使用GFT+进行光束整形 ezvaAhd{  
    w3Ohm7N[  
    "p{ '984r<  
    Em;b,x*U  
    -DnK )u\@  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 $(R) =4  
    iFA"m;$  
    QA(,K}z~^S  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 J4g;~#_19  
    w0!,1 Ry  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 S\ZAcz4  
    SA1/U  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: ,no:6&#  
    =R.9"7~2x  
    JY+[  
    DV\ei")  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd eLny-.i ,7  
    2&fwr>!$  
    结果:评估光束参数 tl5IwrF6;  
    7]j-zv  
    h$k3MhYDes  
     从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 7nz+n#  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 J#DcT@  
    v`BG1&/|  
    H| U/tU-  
     整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 )X;cS} yp  
     M²值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M²值是由光束偏离引起的) <\g&%c,   
    l%(`<a]VIB  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd t`,IW{  
    -<!17jy  
    光束质量优化 !nq\x8nU  
    i t@}dZ  
    >}{-!  
     通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M²值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 }>~>5jc/Pg  
     之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
    5]l7Z35  
    O + & xb  
    结果:光束质量优化 J*!:ar  
    tC:,!4 P$  
    PX2k,%  
     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。 d J:x1j  
    Bq]O &>\hX  
    ;Ph)BY<  
    4E\ntufo  
     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。) 6QXQ<ah"  
    m`IQ+, e  
    ~hslLUE  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd v-fi9$#^  
    K]!u@I*K"  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 l\;mP.!  
    Q@wq }vc!  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 kdh9ftm*\  
    [Cqqjv;_  
    -wQ^oOJ  
     这意味着参数变化是的正态 #S%Y; ilq  
    `uZv9I"  
    a@y5JxFAy  
    YOV4)P"  
    C'czXZtn  
     对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 =l4\4td9p  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 ioNa~F&  
    xY'qm8V  
    ,&&M|,NQ&s  
    >2CusT2  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run A1QI4.K  
    QrckTO  
    第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) cYM~IA  
    RC{Z)M{~  
    aZjef  
    k5t^s  
    由于波前差和因此校准的偏差更大,M²值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 04guud }  
    XyM(@6,'  
    总结 ,0uo&/Y4L  
    L> Oy7w)Y  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 " Z2Tc)  
    1.模拟 \q|7,S,5  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 8| e$  
    2.研究 xR|eyeR  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 Wda\a.bXT  
    3.优化 0L0Jc,(F+  
    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。 ]\RSHz  
    4.分析 AX!>l;  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 kV\-%:-  
    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。 G?-`>N-u  
    df>kEvU5.^  
    参考文献 `[@^m5?b-  
    [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). PG6L]o^  
    jemx ky  
    进一步阅读 ] `B,L*m6  
    S*CLt  
    进一步阅读 6c2ThtL  
     获得入门视频 y Tw',N{  
    - 介绍光路图 tCbr<Ug  
    - 介绍参数运行 I[=Wmxa?r  
     关于案例的文档 /~Zc}o,J  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens (3ZvXpzvF  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens hg&w=l  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ] ^; b  
    - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
     
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