[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） &xvNR=K[`  
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 xb"e'Zh  
~}/_QlX` K  
B qINU  
简述案例 \II^&xSF  
ny!80I  
系统详情 ?v-!`J>EF#  
 光源 <Fv7JPN%  
- 强象散VIS激光二极管 5!wjYQt3  
 元件 c,]fw2  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） _{ 2`sL)  
- 具有高斯振幅调制的光阑 )Jw$&%/{1  
 探测器 6;@:/kl t  
- 光线可视化（3D显示） Bs|#7mA[  
- 波前差探测 fh66Gn,  
- 场分布和相位计算 "rc QS H  
- 光束参数（M2值，发散角） ;mr*$Iu7|  
 模拟/设计 |Om9(xT  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 !s !el;G  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： knzo6  
 分析和优化整形光束质量 9 &Ry51  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 "Er8RUJA  
aI|X~b  
系统说明 Nx+5rp  
iA`.y9'2  
Ji1#>;&  
模拟和设计结果 ' QjJ^3A  
pcQkJF  
数值探测器结果 ~0o>B$xJ  
ooCfr?E  
~$rSy|19  
_;/+8=  
c>! ^\  
总结 |VjD. ]I  
biForT_no  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 kn
fmJUT  
1.模拟 E70o nR!i  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 pB]*cd B?  
2.评估 l>hvWK[ ?I  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 
U-$nwji  
3.优化 \/nSRAk  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 Q.'2v%i  
4.分析 s$
lJJL  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 |+JC'b?,  
epG =)gd=8  
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。 2z AxGX  
/%F,
  
详述案例 T.B7QAI. H  
,Ij/ ^EC}  
系统参数 gR_Ex
s'K  
*+00  
案例的内容和目标 W59xe&l  
zz<o4bR  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 rt?*eC1b+Z  
CL?=j| Ea  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 h&!$ `)  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 U'Y,T$Q  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 79k+R9m  
/)dyAX(  
模拟任务：反射光束整形设置 G_WHW(8  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 J$T(p%  
[A] +Azc  
mtw{7E  
wSdiF-ue  
#BgiDLh  
6(Ntt  
规格：像散激光光束 LWN9 D  
l&mY}k  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 }^b  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动  aN6HO  
dl`{:ZR S  
N] pw7S%  
Sw?EF8}[  
Ysw&J}6e  
ta'wX  
规格：柱形抛物面反射镜 ivt~S  
                         i'1MZ%.  
 有抛物面曲率的圆柱镜 -3m!970  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 vTWm_ed+^  
 曲率半径等于焦距的两倍 -[h|*G.J  
'!`]Z
c  
`7?EE1o  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） YOA)paq+  
U]9k,#  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 8_O?#JYi  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） hDBo XIK  
 离轴角决定了截切区域 x0%@u^BF  
3BF3$_u)o  
规格：参数概述（12° x 46°光束） ''q#zEf6  
OsRizcgdA  
   h}DKFrHW;-  
hrXk7}9  
光束整形装置的光路图 ep*8*GmP  
{M\n  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 \6aisK  
 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。 _?eT[!oO8  
[| N73m,&  
反射光束整形系统的3D视图 CT'#~~QB  
$H&:R&Us  
!;${2Q  
eax"AmO  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Z.s0ddMs  
 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）。 =j{Kxnv  
jx ?"`;a  
详述案例 .kgt?r  
M)H*$!x}>  
模拟和结果 +Y$EZL.A  
+wI<w|!  
结果：3D系统光线扫描分析 *u< ZQq  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 J=HN~B1  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 %7?Z|'\  
-D%mVe)&+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Nu'ox. V  
q0NToVo@  
使用参数耦合来设置系统 P.mlk>r  
6` Aw!&{  
自由参数： k)W&ZY  
 反射镜1后y方向的光束半径 \l`{u)V  
 反射镜2后的光束半径 iO2jT+i  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） aP"
!}*  
 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。 Jje!*?&8X  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 %36@1l-N  
8xkLfN|N=  
O%px>rdkY  
S6fbwZZMG  
5Yww,s  
FPM l;0{  
自由参数： wzBw5nf\  
 反射镜1后y方向的光束半径 ,zxv>8Nt  
 反射镜2后的光束半径 sa"}9IE*8  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量）
{i}E)Np  
 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。 ,,BWWFg~  
#&%>kfeJ)<  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ntW1 )H'o  
LC\U6J't1  
Z#YNL-x  
结果：使用GFT+进行光束整形 3Vak C  
0Q)YZ2  
_KkP{g,Y  
)ybF@emc  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 OB*V4Yv  
S0}=uL#dt  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 8pZOgh  
9Hd_sNUu\  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ?nq%'<^^  
xErb11  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 9PMIF9"  
2<n@%'OQp  
8;#yXlf  
?-)v{4{s  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd h[Uo6`  
y0~ttfv  
结果：评估光束参数 ;~'&m  
!Lw]aHb  
 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。 n|KYcU#  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 G\B+bBz  
IDL0!cF  
n 8 K6m(  
 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。 1l Cr?  
 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） M>}_2G]#F  
0=K8 nxdx  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd .t/@d(R  
)4m`Ya,E3  
光束质量优化 C\B4Uu6q  
_ElG&hyp  
 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。 D2=zrU3Y64  
 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）。 n9n)eI)R  
A7|L|+ ?  
结果：光束质量优化 K<kl2#  
\ Ce
*5
h  
 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。 Vjw u:M  
9
C0#K\  
y*6/VSRkt4  
xc\zRsY`  
 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。） ge<D}6GQ  
ivyaGAF}+o  
RBBmGZ  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd lk[Y6yE  
R<(xWH  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 h72CGA|  
Z*Gf`d:  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 C,GZ  
n.z,-H17  
 这意味着参数变化是的正态 PB?2{Cj
 
Gh@~~\  
]V_A4Df  
   -
;J6S  
 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。 |"I)1[7  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 c+ByEP4EG  
YRFz]  
a^pbBDi W  
$/B~bJC  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run =:]v~Ehq  
R&a$w8  
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~(Sc'8  
X8R`C0   
Lj9RF<39g  
&i.sSqSI5  
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。 !8|}-eFY  
Q2uV/M1?  
总结 RtzSe$O  
[~2imS  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ^gZ,A]  
1.模拟 M +r!63T  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 : -d_  
2.研究 rp{|{>'`.q  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 g\ vT7x  
3.优化 +
yHz7^6-5  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 3RT\G0?8f  
4.分析 stBe ^C  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 fe,6YXUf  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 )
1KyUQ\e  
ii-AE L  
参考文献 j
)
6p>6  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). Xq&BL,lS  
Jk6}hUH,  
进一步阅读 ;%B9mM#p~  
9|#cjHf  
进一步阅读 qS FtQ4  
 获得入门视频 )AQ
^PBwp  
- 介绍光路图 |=m.eU  
- 介绍参数运行 nGkS
S_X  
 关于案例的文档 =4a:)g'  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens S!.&#sc  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens !W9:)5^X  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing HOF$(86zqA  
- 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