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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) qB%?t.k7  
    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 "JHd F&  
    +\@) 1  
    H<hFA(M  
    简述案例 WH@CH4WM  
    (T0%oina  
    系统详情 9ZKB,  
    光源 y":Y$v,P  
    - 强象散VIS激光二极管 GS!7HphR  
     元件 o.)8  A8  
    - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) [;rty<Z^b  
    - 具有高斯振幅调制的光阑 "`QI2{!l  
     探测器 Wr3).m52}P  
    - 光线可视化(3D显示) z2EZ0vZ  
    - 波前差探测 y;M}I8W[  
    - 场分布和相位计算 > 4c7r~\k  
    - 光束参数(M2值,发散角) nDt1oM H  
     模拟/设计 YPq4VX,  
    - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 \( S69@f  
    - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 3bCb_Y  
     分析和优化整形光束质量 m1](f[$  
     元件方向的蒙特卡洛公差分析 {C% #r@6  
    =th(Hdk17  
    系统说明 J\WUBt-M  
    A,P_|  
    6}Iu~| 5  
    模拟和设计结果 "ggViIOw&  
    (JgW")M`cY  
    4| 6<nk_  
    场(强度)分布                                   优化后
    数值探测器结果 3G4N0{i  
    t[L_n m5-  
    %syFHUBw  
    PT`];C(he  
    uQ}0hs  
    总结 3 &aBU [  
    KGVAP  
    实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ucVWvXCr  
    1.模拟 m'L7K K-Y)  
    使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ?PMF]ah  
    2.评估 l'~~hQ{h/  
    应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 u$3wdZ2&m  
    3.优化 U c6]]Bbc  
    利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ? iX1;c9  
    4.分析 |=dmxfj@  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 H 3e(-  
    T)!$-qdz/  
    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。 yMJY6$Ct  
    c@+;4Iz  
    详述案例 ^KKU@ab9  
    c*5y8k  
    系统参数 8 |@WuD  
    ,>:   
    案例的内容和目标 0v~Eu>Rg  
    j.'Rm%@u  
    在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 Hy?+p{{G  
    L\:f#b~W  
    fs43\m4= m  
     目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 v7V.,^6+  
     之后,研究并优化整形光束的质量。 17itC9U  
     另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 qWQ7:*DL  
    i8]2y  
    模拟任务:反射光束整形设置 &_DRrp0CN  
    引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 Rk1B \L|M  
    ;yc|=I ^  
    ?|&plf |  
    \Mujx3Fmvx  
    w6^X*tE  
    =:|fN3nJ2  
    规格:像散激光光束 @YH<Hc  
    |k # ~  
     由激光二极管发出的强像散高斯光束 !Q`vOVSUD  
     忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 rvdhfM!-A  
    S.!0~KR: U  
    .^?^QH3  
    cH5@Jam  
    c]pO'6]  
    ,%|$# g 0  
    规格:柱形抛物面反射镜 1j_x51p  
                             NXwlRMbo  
     有抛物面曲率的圆柱镜 4. &t  
     应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ?89ZnH2/  
     曲率半径等于焦距的两倍 ?q68{!{bi  
    Qp~W|zi(  
    mXX9Aa>  
    规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) efK)6T^p  
    j3!]wolY  
     对称抛物面镜区域用于光束的准直 *ybwl Lg  
     从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) +2}aCoL\  
     离轴角决定了截切区域  Tl.%7)  
    )$# Ku2X  
      
    规格:参数概述(12° x 46°光束) DwQa j"1<%  
    [vIHYp  
       K?y!zy  
    <lx~/3<m  
    光束整形装置的光路图 \"E-z.wW=  
    M5SAlj  
     IX|2yu4  
     由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 ,W'?F9Y\  
     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。 HxC_n h  
     2Z ? N  
    反射光束整形系统的3D视图 }ph;~og}y  
    VW7 ?{EL7  
    BjT0m k"P  
    HMUn+kk+  
    光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 s}~'o!}W  
     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)。 fP>K!@!8  
    =4;GIiF@  
    详述案例 ([-xM%BI6  
    Q~5!c#r  
    模拟和结果 W^c> (d</  
    nDR)UR  
    结果:3D系统光线扫描分析 Q( WE.ux)<  
     首先,应用光线追迹研究光通过光学系统 +OUYQMmM  
     使用光线追迹系统分析仪进行分析。 HWr")%EhD  
    !wws9   
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd u 1?1x  
    %hYol89F  
    使用参数耦合来设置系统  TP6iSF  
    9s5PJj"u  
    自由参数: VfJbexYT  
     反射镜1后y方向的光束半径 hM!D6: t  
     反射镜2后的光束半径 EDm,Y  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) sK#)wjj\^  
     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。 P=)&]Pz  
     对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 uT5sLpA|6  
    ))M; .b.D  
    zc<C %t[~y  
    VQ{.Ls2`Z  
    DR."C+  
    XO)|l8t#$=  
    自由参数: Kvu0Av-7  
     反射镜1后y方向的光束半径 RH,1U3?  
     反射镜2后的光束半径 =[O;/~J%:  
     视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) J?ljq A}i  
     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。 z0;+.E!  
    MZt~ Abt  
     如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 {+V1>6  
    rYnjQr2a  
    2 {lo  
    结果:使用GFT+进行光束整形 3>[_2}l  
    $<)k-Cf  
    t^h {D   
    \W<r`t4v  
     现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 ( }DCy23  
    bg\~"  
     由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 S[o_$@|  
    5feCA ,v7  
     不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 c k=  
    * \@u,[,  
     产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: `(|jm$Q  
    ^-3R+U- S  
    Qt_LBJUWV  
    c&Pgz~iP  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ,+0>p  
    N?d4Pu1m  
    结果:评估光束参数 YuWsE4$  
    mlgw0   
     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。 . bh>_ W_h  
     在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 kLKd O0  
    sjLI^#a  
    hP4*S^l  
     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。 H26'8e  
     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) eMf+b;~R  
    I!y[7^R  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd  *$nz<?  
    s)q;{wz  
    光束质量优化 _"8\k 7S*  
    m: 77pE&o  
     通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 2}P<}-?6  
     之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
    MtAD&+3$  
    F=C8U$'S  
    结果:光束质量优化 7Zl- |  
    sF?N vp  
     由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 N@UO8'"9K&  
    ,c:Fa)-  
    uy~KJn?Tu  
    fDmGgD?  
     然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) 4  |$|]E  
    n237%LH[  
    N 3)OH6w"  
    file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd #NM .g  
    RltG/ZI  
    反射镜方向的蒙特卡洛公差 ]9?_ m@Ihx  
    <tZPS`c'_  
     对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 N{@kgc  
    6g@@V=mf  
     这意味着参数变化是的正态 >= Hcw  
    %gB 0\C  
    ;b:Ct<  
       v>TI.;{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。 3Q^@ !hu  
    这意味着,波前对对齐误差很敏感。 h5 Y3 v  
    ]p~QdUR(  
    iG*3S)  
    WY%LeC!t  
    file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run J;Az0[qMR  
    RaFk/mSw  
    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) ': Gk~   
    jyPY]r  
    _s./^B_w!  
    |2!/<%Yr`  
    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。 8o~<\eF%  
    C !81Km5  
    总结 4 Yq|Z  
    O&93QN0  
    实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Fl GKy9k  
    1.模拟 '\dau>  
    通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 *ms?UFV[r  
    2.研究 >\b=bT@iM  
    为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 <{.o+~k  
    3.优化 8cy#[{u`;  
    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。 )+[IR  
    4.分析 dX0A(6  
    通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 [#H$@g|CT  
    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。 :0pxacD"!  
    V ^=o@I  
    参考文献 }2M2R}D  
    [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). $~4ZuV%  
    {{ M?+]p,^  
    进一步阅读 H@er"boi  
    Y'kD_T`f,  
    进一步阅读 aX6.XHWbDf  
     获得入门视频 _T^ip.o  
    - 介绍光路图 ^1U2&S  
    - 介绍参数运行 u2'xM0nQ  
     关于案例的文档 r7sPFM  
    - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens Dm6WSp1|b  
    - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens N4"%!.Y  
    - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 6l IFxc  
    - 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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    只看该作者 1楼 发表于: 2016-11-13
    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
    离线jsdyf
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    只看该作者 5楼 发表于: 2018-09-13
    学习了