[分享]VirtualLab运用：反射光束整形系统 [复制链接]

光束传输系统（BDS.0005 v1.0） JxlZ,FF$@  
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 s[}cj+0  
aA-
s{af  
hzrS_v  
简述案例 6o~CX  
#4F0o@Z  
系统详情 dyt.(2  
 光源 Xd'B0kQaT  
- 强象散VIS激光二极管 T26'b .  
 元件 P.kf|,8L  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） h 2C9p2.  
- 具有高斯振幅调制的光阑 =/bC0bb{i  
 探测器 `Lr|KuFN  
- 光线可视化（3D显示） E]ZIm  
- 波前差探测 te&p1F  
- 场分布和相位计算 Y"E*#1/  
- 光束参数（M2值，发散角） 6eW9+5oL  
 模拟/设计 rXVRX#Lh  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ] jycg@=B  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： x%55:8{  
 分析和优化整形光束质量 ?A~a}bFZ  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]GXE2A_i;  
"*N]Y^6/A  
系统说明 >C -N0H
 
s;xErH@RA  
>H,PST  
模拟和设计结果 jNW/Biy4u  
K4^mG  
数值探测器结果 |],ocAN{  
% r0AhWv  
+6f[<^K#  
B2,JfKk/  
DpQ:U5j  
总结 A<{&?_U  
qoOq47F  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 RNb"O{3  
1.模拟 wg|/-q-  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 8v\^,'@  
2.评估 47^
7S=  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 XvkFP'%i/  
3.优化 "@rXN"4  
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。 @vvGhJ1m`  
4.分析 `,)%<}  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 FyA0"  
h F *c  
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。 'Jl73#3  
o<!tNOH  
详述案例 |.LE`  
K"VRHIhfg  
系统参数 %SwhNn  
Mgg m~|9)  
案例的内容和目标 \(ju0qFqH  
n4/Jx*  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 I=&Kn
@^  
nH|7XY9"  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 F^X:5g~K  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 W_h!Pu
j_  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 y\<\P8X  
6G<gA>V  
模拟任务：反射光束整形设置 L+NrU+:=C  
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。 LRv[,]b  
S&F  
'<&rMn  
wQN/MYF[  
@xN)mi  
>
jpkR  
规格：像散激光光束 p$l'y""i  
^-26K|{3  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 tQcn%CK  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 X>ck.}F  
]McDN[h:  
6|]e}I@<2  
<{1=4PA  
\mDBOC0eK  
Vi<F@ji  
规格：柱形抛物面反射镜 M]A!jWtE  
                         9NausE40  
 有抛物面曲率的圆柱镜 n{xL1A=9  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ?=%#lZ&?  
 曲率半径等于焦距的两倍 GaLQ/V2R  
!s(s^  
d2Ox:| <)  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） lAo S 9w  
[PL]!\NJ  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 utBKl'`  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 5ii:93Hlj  
 离轴角决定了截切区域 ?a'P;&@7  
OQh4MN#$  
规格：参数概述（12° x 46°光束） mI-9=6T_  
lIgA
c!q(  
   _BBs{47{E  
Hjc *WTu  
光束整形装置的光路图 `6 ?.ihV  
jQ9i<-zc  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 )(l=_[1Z5  
 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。 _?a.S8LxJZ  
MUvgmJsN  
反射光束整形系统的3D视图 w4j,t  
X"O^4MnvI  
]TIBy "3  
T/TMi&:?.  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 s:Io5C(  
 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）。 n$y@a?al  
Gc{s?rB_  
详述案例 HR$;QHl~F  
|oV_7%mlu  
模拟和结果 $gysy!2}.  
#w&N) c>  
结果：3D系统光线扫描分析 =
JfSg'7  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 \#q|.d$u  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 }WEF*4B!  
tzdh3\6F  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >^zbDU1wT  
.yb=I6D;<3  
使用参数耦合来设置系统 X!!3>`|  
IhPX/P  
自由参数： )m.U"giG++  
 反射镜1后y方向的光束半径 \I #}R4z  
 反射镜2后的光束半径 *1CZRfWI  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 0=V -{  
 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。 d{:0R9  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 |7%#
z~rT  
i'`[dwfS  
dI) 9@UL  
,'>O#kD  
&@/25Y2  
ysFp`  
自由参数： ,BE4z2a  
 反射镜1后y方向的光束半径 E% d3}@  
 反射镜2后的光束半径 GLr7sack  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） T7~Vk2o%(  
 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。 D);w)`  
m+9~f_}  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 o2W^!#]=
 
0. mS^g,M-  
i;mA|  
结果：使用GFT+进行光束整形 0t(js_  
[LDY;k~5+  
5:|=/X%#qp  
u @
#fOu  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 <zt12
4y-6  
8KHT"uc'*J  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 <T+{)FV  
']DUCu  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 i16kPU  
QI*<MF,1  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Qkb=KS%z  
$ uqB.f$  
vfloha p  
aDZ]{;  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd @"__2\ 0  
#8@o%%Fd  
结果：评估光束参数 y{Vh?Z<E  
'ocPG.PaU  
 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。 f_'8l2jK1i  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 `/JuItL-  
12HE=  
2VaKt4+`  
 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。 rceX|i>9n  
 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） =SVb k  
jchq\q)_z  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ")@#B=8+3^  
][`%vj9r  
光束质量优化 O#?@'1  
!Z<=PdI1Ys  
 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。 \@m^w"Ij  
 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]~451  
=Hx]K8N)  
结果：光束质量优化 HMmB90P`  
a6!|#rt  
 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。 RZP7h>y6@  
e-*-91D  
hO; XJyv  
-mw`f)?Ev  
 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。） h&2l0|8k  
FwUgMR*xq  
ip!-~HNwJ  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd v"-K-AQjB  
bW^C30m  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 _BZ6Ws$C2  
(!%9#  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 IR|#]en  
o>\o=%D.a  
 这意味着参数变化是的正态 8p_6RvG  

`k`P;(:  
#p2`9o  
   n+S&[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。 z]R%'LGu  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 Z}S7%m  
Z):Nd9  
9qUkw&}H  
ZlP+t>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run EYA=fU  
<.&84c]/&  
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） `T{'ufI4B  
Q)im2o@z  
t~|J2*9l  
 "3/&<0k  
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。 -\n%K
  
<iB5&  
总结 yxAy1P;dX  
Rqr
>B(|  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 0+e  
1.模拟 sE&1ZJ]7  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 H$.K   
2.研究 e~7FK_y#0  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 et?FX K"y  
3.优化 3S" /l
  
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。 .3&(Y  
4.分析 d/!\iLF
  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ,Oe:SZJ>  
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。 inh J|pe"  
+lxjuEiae  
参考文献 tAsap}(  
[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). SDB \6[D  
Zz"8  
进一步阅读 2M=h:::W  
~r~YR=  
进一步阅读 b!bg sd  
 获得入门视频 -Aojk8tc  
- 介绍光路图 :w+vi7l$  
- 介绍参数运行 =#=}|Q}  
 关于案例的文档 @S:T8 *~}  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens v3]5`&3~  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens W^)mz,%x  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing `QtkC>[  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair

学习一下。

非常有用，谢谢！

很棒 学习一下！

讲的很详细

学习了