[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） ]iewukB4  
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 {VBx;A3*I  
XK[cbVu  
-POV#1s  
简述案例 }5~|h%  
8_8r{a<xW  
系统详情 b4GD}kR  
 光源 \F;V69'  
- 强象散VIS激光二极管 VG*Tdaua~  
 元件 $2Y'[Dto\  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） (H/JB\~r  
- 具有高斯振幅调制的光阑 3+mC96wN  
 探测器 3.M<ATe^  
- 光线可视化（3D显示） |~b.rKQt[  
- 波前差探测 t\J5np  
- 场分布和相位计算 L&O!"[++  
- 光束参数（M2值，发散角） rQ -pD  
 模拟/设计 ',L>UIXw  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 E/mp.f2!  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： D_oGhQYY4  
 分析和优化整形光束质量 cn&\q.!fh  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 Wk$ 7<gkr  
+uMOT#KjR  
系统说明 j4j %r(  
Ws"eF0,'Z  
?N2/;u>  
模拟和设计结果 J-t5kU;L{  
=h,6/cs  
数值探测器结果 07WZ w1(;  
h|h-<G?>  
LaL.C^K  
va \5  
c,a+u  
总结 qkB)CY7  
]O'dwC  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {2<A\nW  
1.模拟  PZZTRgVc  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 o@TxDG  
2.评估 EgO=7?(pW  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 5y07@x  
3.优化 Fy!uxT-\  
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。 F(*~[*Ff  
4.分析 ~B0L7}d  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 ]m}<0-0  
ad^7t<a}<  
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。 F3*
]3,&L  
o:E+c_^q`  
详述案例 | k"?I  
'`g#Zo  
系统参数 b|F_]i T  
6x%uWZa'  
案例的内容和目标 K)5'
Jp@  
C'x?riJ/  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 {=Y%=^!s  
[iE%P^  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 o~7~S  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 L}O_1+b  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 <eRE;8C-  
H\]ZtSw8-  
模拟任务：反射光束整形设置 QI*Y7R~<  
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。 i=$##  
2O\p`,.  
*:r@-=M3=  
bDI#'F  
+Bk d  
Mx<V;GPm  
规格：像散激光光束 -V@vY42  
zbsdK  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 V_pWf5F  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 nG<_&h  
ceN*wkGyB  
S;#S3?G  
hES_JbX}]  
7PG&G5  
#({0HFSC:j  
规格：柱形抛物面反射镜 ((i%h^tGa;  
                         le%&r  
 有抛物面曲率的圆柱镜 bdh6ii  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 4%L`~J4 wr  
 曲率半径等于焦距的两倍 ,Bh!|H(?L1  
]`%}Q  
` #Qlr+X  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 9W3zcL8  
;=goIsk{Q  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 -*8|J;  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ?+-uF}  
 离轴角决定了截切区域 @~pIyy\_  
/wplP+w2  
规格：参数概述（12° x 46°光束） bt3v`q+V  
aewVq@ngq!  
   ??&Q"6Oe  
,B|~V 3)(  
光束整形装置的光路图 jd<`W  
" `rkp=  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Bw^*6P^l  
 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。 $X1T!i[.X  
)}QtK+Rq  
反射光束整形系统的3D视图 &AR@5M u  
0mcZe5RS  
Jq0aDf f  
13 `Or(>U  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 A1Tk6i<F1  
 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）。 "G. L)oD  
JJ\|FZN  
详述案例 f' |JLhs  
bgD4;)?5b  
模拟和结果 A")F7F31c  
lu~<pfg  
结果：3D系统光线扫描分析 5>z`==N)  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 xUT]6T0dB  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 bCWSh~  
-/ 5" Py  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd `[) awP  
X>}-UHKV+  
使用参数耦合来设置系统 CK4C:`YG  
f(}?Sp_  
自由参数： 9!C
D25u  
 反射镜1后y方向的光束半径 \NE~k)`4j%  
 反射镜2后的光束半径 H@
ab]
&  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） PVfky@wl"  
 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。 7p"4rL  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 y5>X0tT  
%UGXgYDz  
?T.'  q  
sa8Q1i&%  
1 Hw%DJ  
0?@;zTE0  
自由参数： b+b].,  
 反射镜1后y方向的光束半径 >@Vap  
 反射镜2后的光束半径 jL^3/0"o  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） F3)w('h9c  
 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。 be^+X[
 
j
U~q~e7Te  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 HLYog+?  
IR_&dWHyc  
d@d\9*mn  
结果：使用GFT+进行光束整形 },r9f MJ  
}:QQ{h_  
L_@P fI
 
^l;N;5L  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 4i]h0_]  
r Uau??  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 &YiUhK  
tfz"9PV80  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ,,}& Q%5  
E@.daUoB  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Y6+/_$N4|  
:'6vIPN5  
E\/J& .  
\mp2LICQg  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ;W~H|M  
i#4}xvi  
结果：评估光束参数 gUa-6@  
zG^|W8um_  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 ,8Eg/  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ?^} z  
^*g= 65!1  
2E0A`  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 |K.J@zW  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） uW 7Yem&  
O su 75@3  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd #[
odjSb  
E'g?44vyw  
光束质量优化 _keI0ML-#  
[8 I*lsS  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 L9Z\|L5  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 8T523VI  
u2o196,Ut  
结果：光束质量优化 qh~$AJ9sB  
RKb{QAK!v  
 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。 +T8h jOkC  
]H-5   
};m.8(}$)  
`ElJL{Rn  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） -`cNRd0n  
tNf_,]u  
nN'>>'@>  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 4R}$P1 E  
JTcE{i  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 P[K42mm  
N2uTWT>  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 -n"7G%$M  
8+mu'RZ X  
 这意味着参数变化是的正态 wl Nl|+ K  
INNTp[  
J;5G]$s  
   :"Gd;~p.  
 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。 Ue&I]/?;$  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 pP)> x*1  
`st^i$A  
_m@+d>f_  
WR zIK09@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run /St d6B*  
YgLHp/  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） y.aeXlc[  
tGwQUn  
{fxytiH8  
'>Uip+'  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 [P3 Z"&  
g0k{b  
总结 Tqm)-|[  
)U+Pt98"  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 91oAg[@4G  
1.模拟 8,&pX ga  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 -~TgA*_5]  
2.研究 jc7NYoT:  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 oV;I8;#\J  
3.优化 {s
3j}&  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 \~#$o34V  
4.分析 GmdS~Fhp  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 AcIw; c:  
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。 {SwvUWOf"  
OE(!^"5?[  
参考文献 :^J'_  
[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). J%1 2Ey@6  
iu+rg(*%  
进一步阅读 ,3bAlc8D7  
t}>"nr0  
进一步阅读 Stk'|-z  
 获得入门视频 n_S)9C'=  
- 介绍光路图 3h4'DQ.g  
- 介绍参数运行 87OX:6  
 关于案例的文档 9V?:!%J  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens TIVrbO\!o  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens $@eFSA5k,7  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 9._Osbp3P  
- 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