[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） 8V}c(2m  
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 jBE=Ij  
JBoo7a1  
X0!48fL*  
简述案例 xUSIck  
7kJ,;30)  
系统详情 rtzxMCSEU  
 光源 .Dx]wv  
- 强象散VIS激光二极管 C y&L,  
 元件 c!841~p(Q  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） )L#I#%  
- 具有高斯振幅调制的光阑 _@^msyoq  
 探测器 MaM
s(  
- 光线可视化（3D显示） ~+T~}S  
- 波前差探测 P}VD}lEyO  
- 场分布和相位计算 Eydk645:3  
- 光束参数（M2值，发散角） ;$%+TN  
 模拟/设计 f3596a  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 ]]7s9PCN  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： p1|@F^Q  
 分析和优化整形光束质量 CV& SNA  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 S8]g'!  
PMTyiwlm  
系统说明 N86Hn]#  
gqC:r,a  
I`y}Ky<q  
模拟和设计结果 /\=g;o'  
,>
~92  
数值探测器结果 i^gzl_!  
leyX: +  
ZM)a4h,kcm  
/#Xz+#SqY  
rsc8lSjH  
总结 r-!8in2  
@0)bY*njj  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 S&QZ"4jq  
1.模拟 xUeLX`73  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 +q=/}|  
2.评估 3-Ti'xM  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 U~T/f-CT  
3.优化 w-\GrxlbX  
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。 icnp^2P  
4.分析 a"ht\v}1  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 2} T"|56
 
M<)HJ lr  
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。 *.i`hfRc  
3N<FG.6  
详述案例 2pB@qi-]  
{j^}"8GB  
系统参数 ,7/N=mz  
#PFf`7b,z  
案例的内容和目标 \6sp"KqP  
S(rA96n  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 tt`b+NOH>  
Dpof~o,f  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Ao=.=0os  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 rt."P20T  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 $_<,bC1[  
JA1(yt  
模拟任务：反射光束整形设置 ya|7hz{  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统，此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 ymzlRs1^Ct  
y&SueU=  
CRS/qso[Q'  
y=q\1~]Z  
[S*bN!t  
QPdhesr
d-  
规格：像散激光光束 ~I!7]i]"*?  
 4INO .  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ku?i[Th  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 dx:],VB  
#:236^xYS  
mNs&*h}  
]3C7guWz  
UB=I>  
NbfV6$jo  
规格：柱形抛物面反射镜 3;#v$F8R  
                         ,AWN *OS  
 有抛物面曲率的圆柱镜 {6A3?q  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 347p2sK>  
 曲率半径等于焦距的两倍 +MXI;k
_  
#=+d;RdlW  
RV7l=G9tq  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） M2mte#h  
R~;<}!Gtx  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 $c[8-=  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） HPm12&8,  
 离轴角决定了截切区域 =3l%ZL/  
Qnph?t>  
规格：参数概述（12° x 46°光束） Svy bP&i|  
jsc1B  
   I=|b3-  
V% psaT=)P  
光束整形装置的光路图 jj.iW@m  
d\D.l^  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 t-i;  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 2
7G6C`}  
wjQu3 ,Cj  
反射光束整形系统的3D视图 )<t5' +d%  
Mb uD8B  
Z6A*9m  
8"Hy'JA$O  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 %fo+Y+t  
 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）。 4tof[n3us  
[C9->`(`  
详述案例 h /@G[5E  
tJ i#bg%  
模拟和结果 V8 }yK$4b  
VW$Hzx_z  
结果：3D系统光线扫描分析 -y)i
j``VY  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 c54oQ1Q&"  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 nYLq%7}k  
w?Cqe N  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd V31<~&O~%  
"VRcR  
使用参数耦合来设置系统 >PGW>W$  
F/IXqj  
自由参数： HSE9-c=  
 反射镜1后y方向的光束半径 :]v%6i.  
 反射镜2后的光束半径 "FwbhD0Gb  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） #ih(I7prH  
 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=OHiG\z  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Q &<:W4N*  
mw-0n  
T6*naH  
?<
STt 9  
?k CK$P  
ba^B$$?Bo  
自由参数： 
tXV9+AJ  
 反射镜1后y方向的光束半径 1>r7s*  
 反射镜2后的光束半径 s{4|eYR  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） imv[xBA(d  
 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。 ,`ST Va-  
n*D-01vYP  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 /'ccFm2  
Y!N*J  
;K
ob]b  
结果：使用GFT+进行光束整形 M_<O'Ii3  
.
DiH)  
L<'3O),}  
}(4U7Ac  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 -,C">T%\  
71_{FL8  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 rlEEf/m:  
,u8)g;8s  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 '/trM%<  
"l&=a1l  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： Ue^2H[zs-  
{7.."@Ob<v  
?5_~Kn%2  
*$~H
=4t  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ^1^k<  
G0Q}
 1  
结果：评估光束参数 W ZdEfY{  
:vZ8n6J[  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 kv{uf$X*ve  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ,:Qy%k}f  
veIR)i@dx  
1
BO$xq  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 6A&e2K>A  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） ~47Bbom  
(C>FM8$J  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Y /$`vgqs  
<ZGEmQ  
光束质量优化 `@1y|j:m  
l$N b1&  
 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。 ;T0F1  
 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）。 pESlBQ7{I  
ywW
F+kR_  
结果：光束质量优化 INtt0Cm9"  
Yt*2/jw^  
 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。 K(@QKRZ7[  
XJ,P8nx  
^L#\z7  
~'>RK  
 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。） `]%\Y>(a}  
^wNx5t  
:ZG^`H/X1d  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd erTb9`N4  
GO0Spf_Gh  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 |TM&:4D]^  
\9k$pC+l  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 DID&fj9m  
8fA9yQ8  
 这意味着参数变化是的正态 &Uq++f6  
t9T3e  
;Yo9e~  
   WvSh i=  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 5(e?,B }  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 H^_]' ~.  
!_0kn6S5  
/xf4*zr  
m| 8%%E}d  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 4bXAA9"  
b*$/(2"m  
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） (}E-+:vFU  
\|^fG9M~  
7 +A-S9P)  
Zkl:^!*  
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。 `.>5H\w0e  

`s74g0h  
总结 EGMj5@>  
xHEkmL`)4  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 $[9,1.?C  
1.模拟 clfi)-^{K  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 rx`G*k{X  
2.研究 "j|}-a  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Ij;=  
3.优化 @?ntMh6  
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。 XgY( Vv
  
4.分析 yH_L<n  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 _J^q|  
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。 T{=.mW^ x  
mw}obblR  
参考文献 Zur7"OkQ  
[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). T8Sgu6:*R  

0_JbE  
进一步阅读 g*$
0G  
?m-kpW8  
进一步阅读 L8-
  
 获得入门视频 [{3WHS.  
- 介绍光路图 lSP{9L6  
- 介绍参数运行 *0bbSw1kc  
 关于案例的文档 VuTH"br6  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 7kpCBLM(}  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 1lRqjnzve&  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing dIv/.x/V  
- 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