[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） ECqcK~h#E  
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 v|`f8M2  
Zp]{e6J  
"WR)a`$UR  
简述案例 i>i@r ;:|  
Alaq![7MDP  
系统详情 fgYdKv8  
 光源 poj@G{  
- 强象散VIS激光二极管 4ihv|%@  
 元件 4Mi~eL%D (  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） _3DRCNvh  
- 具有高斯振幅调制的光阑 &S9Sl  
 探测器 2V7x  
- 光线可视化（3D显示） 2[: *0 DV#  
- 波前差探测 ((F[]<?  
- 场分布和相位计算 -Wc'k 2oU  
- 光束参数（M2值，发散角） )?RR1P-ID  
 模拟/设计 1\t}pGSOeh  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 Lw<?e;  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： thcj_BZ8  
 分析和优化整形光束质量 4^(u6tX5|+  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 pJ-/"Q|:i  
K*jV=lG  
系统说明 O?|opD  
>7. $=y8b  
P3C|DO4  
模拟和设计结果 Y}%=:Yt  
cN_e0;*Ua  
数值探测器结果 .w2X24Mmb  
fl>*>)6pm  
+
[@Ug`5M  
pH5"g"e1  
?XO$9J  
总结 =FUORj\O  
=o]V!MW  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 MB;<F  
1.模拟 Z'p7I}-qr  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 7c$;-O  
2.评估 ^;4nHH7z-,  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ;hU56lfZ)X  
3.优化 G m40u/  
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。 i~:FlW]  
4.分析 V4'G%!NY  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 pn?c6KvO  
]X/1u"  
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。 C^I
h"S  
](c[D9I!8  
详述案例 gK7j~.bb"  
@q2If{Tk  
系统参数 Zo  
e{@TR x  
案例的内容和目标 ~t\Hb8o  
N4Yvt&  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 B]oIFLED  
r#LoBfM;^A  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 | W:JI  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 \Ku6gEy  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 NMb`d0;(  
\NwL#bQ~  
模拟任务：反射光束整形设置 C(7
uvQ  
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。 }TD$!  
NFTEp0eP  
/Y|oDfv  
CI$pPY<u1  
R4=n">>Q  
*fVs|  
规格：像散激光光束 J2H/z5YRJ4  
UV8,SSDTV  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 RbUBKMZU  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 /pzEL  
#UGm/4C  
Q-78B'!=  
r J'm>&Ps  
5at\!17TY  

X?5M)MP+I  
规格：柱形抛物面反射镜 .lm^+1}r  
                         |pk1pV |  
 有抛物面曲率的圆柱镜 ~9#[\/;"  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 j2NnDz'  
 曲率半径等于焦距的两倍 n)$T zND  
;7CE{/Bq.p  
g,/gApa  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 5]n5nqz  
}I_/>58  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 D/pc)3Ofe  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） :{NvBxc[  
 离轴角决定了截切区域 Wi]Mp7b  
$8#zPJR&  
规格：参数概述（12° x 46°光束） zTb!$8D"g  
gd3~R+Kd  
   ((L=1]w  
m/l#hp+  
光束整形装置的光路图 +BcJHNIB  
yZFm<_9>  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 J{c-'Of2yi  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 Dlhb'*@  
O}\$E{-  
反射光束整形系统的3D视图 iW\cLp "  
C8i6ESmU  
bp Q/#\Z  
KO/Z|I  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 @KRr$k  
 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）。 Sgp$B:  
!ckm
NE0  
详述案例 - `^594  
pX3Q@3,$  
模拟和结果 ?:F#WDD  
MzLnD D^  
结果：3D系统光线扫描分析 u'}SaX]0  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 9A0wiKp  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 |#^##^cF/  
IfF@$eO  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd #=r:;,,  
%:rct  
使用参数耦合来设置系统 #hPa:I$Oc  
^b)8l  
自由参数： E _d^&{j  
 反射镜1后y方向的光束半径 w yi n  
 反射镜2后的光束半径 6}bUX_!&s  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 9&e=s<6dO  
 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。 3B|?{U~  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 uN1(l}z$  
y7J2:/@[x  
fW^\G2Fk  
;ew j  
Cz@[l=-T7  
04{*iS95J  
自由参数： ()L[l@m  
 反射镜1后y方向的光束半径 X1Vx6+[  
 反射镜2后的光束半径 ?`R;ZT)U-  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） %\OG#36  
 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。 /.!ytHw8  
#P[d?pY  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 hxcRFqX"  
{=n-S2%  
VNKtJmt  
结果：使用GFT+进行光束整形 HmxA2 ~C  
bs{i@1$  
yhnhORSY;  
(80 Tbi~+  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 r9:Cq  
<)01]lKH  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 {s^vAD<~x3  
Uu
Ds  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 sp%EA=: E  
1&\ A#  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： C>\0 "}iD  
\ZSZ(p#1  
r)S tp`p  
I9J
iH,+  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 7RW5U'B  
'n1-?T)  
结果：评估光束参数 f0UB? |  
'~-JR>  
 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。 3/+r*lv>X  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 H(}Jt!/:  
F$[1KjS  
tuZA q;X  
 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。 9='a9\((mH  
 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） ~loJYq'y  
~fL:pVp  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd cWG>w6FI  
xqV>m  
光束质量优化 uCX+Lw+As  
tu.Tvtudzj  
 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。 x\/N09  
 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）。 jSLC L'  
"Me)'  
结果：光束质量优化 []opPQ 1  
uL`6}0  
 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。 <zmtVE*>g  
i7@qfe$fR  
tG1,AkyZ  
y_aKW4L+  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） P3[!-sv  
BK,h$z7#6  
O0|**Km\+  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd vAeh#V~#  
/`d|W$vN  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 kVu8/*Q  
rLt`=bl&&U  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 -Fi{[%&u  
6O|B'?]Pf  
 这意味着参数变化是的正态 :z=C   
w QV4[  
aD5jy  
   :`FL95  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 }o>6 y>=  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 RL0#WBR  
m|tE3UBNv  
D%PrwfR  
] qT\z<}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ,k% \f]a  
-N'xQ(#n3q  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） irqNnnMGEa  
FbvwzZ  
hXxgKi%  
NF/@'QRT  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 f>g<:.k*  
MjGeH>c  
总结 4';~@IBf  
DA>_9o/l  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 k91ctEp9>  
1.模拟 desrKnY  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ;.%Ii w&WG  
2.研究 ifo^ M]v  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 u!NY@$Wc  
3.优化 ~d+.w%Z`  
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。 T#L/HD  
4.分析 a}oFL%=?  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 9XU"Ppv  
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。 <r[5 S5y  
3*N-@;[>b  
参考文献 w!~%v #  
[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). ?Hb5<,1u3  
.}AzkKdd@  
进一步阅读 sbWen?  
w Pk\dyP  
进一步阅读 *pu ,|  
 获得入门视频 NGA8JV/U  
- 介绍光路图 -\Y"MwIED  
- 介绍参数运行 Z/y&;N4   
 关于案例的文档 {*/&`$0lH|  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens P>*B{fi^  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens a4zq`n|3U  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing *$  
- 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