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    离线xunjigd
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2016-11-13
    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  
    A&:~dZ:%w  
    场(强度)分布                                   优化后
    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 %Sw hNn  
    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"  
    A(wuRXnVWK  
     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!Puj_  
     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  
    >jpk R  
    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_  
    lIgAc!q(  
       _BBs{47{E  
    Hjc *W Tu  
    光束整形装置的光路图 `6 ?.ihV  
    jQ9i<-zc  
    */A ~lR|  
     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。 <zt124y-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%%F d  
    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) =SV b 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]~4 51  
    =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
     
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    离线槐花村人
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    学习一下。
    离线chenxiaohjk
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    只看该作者 2楼 发表于: 2016-11-18
    非常有用,谢谢!
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    只看该作者 3楼 发表于: 2017-11-14
    很棒 学习一下!
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    只看该作者 4楼 发表于: 2018-01-30
    讲的很详细
    在线jsdyf
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    学习了