[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） y<bDTeoo  
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 m7>JJX3=<  
ohGfp9H
 
>u8gD6X  
简述案例 #`X?=/q  
\K<QmK  
系统详情 R n*L  
 光源 78%~N`x7  
- 强象散VIS激光二极管 Nm>A'bLM  
 元件 }<y7bqA  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） pQ<Y:-`c  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ,T8~L#M~  
 探测器 Km6YP!i  
- 光线可视化（3D显示） ^Zy%fv,  
- 波前差探测 _W'-+,  
- 场分布和相位计算 td3D=Y  
- 光束参数（M2值，发散角） e2W".+B1  
 模拟/设计 \`\ZTZni  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 a,#j =  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 3fJc 9|  
 分析和优化整形光束质量 Z@@K[$  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 x*&|0n.D  
A^EE32kbm  
系统说明  XJ5.  
3%;a)c;D  
R= o2K  
模拟和设计结果 ;H.^i|_/  
5=?\1`e1[  
数值探测器结果 +|89>}w4  
kO*$"w#X[p  
be^6i:  
\1 &,|\E#  
JOLaP@IPT  
总结 WoRZW%  
z4]api(xZ  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 \3aoM{ztD  
1.模拟 TNh1hhJ$b  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 )Z?Ym.0/  
2.评估 6}Y#=}  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 r|P
B*`  
3.优化 -rli(RR)|  
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。 !|S43i&p  
4.分析 j578)
!aJ  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 >!1.  
%vhnl'  
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。 &,
CiM0  
rOOT8nkR#  
详述案例 aL&7 1^R,  
in-HUG  
系统参数 |3[Wa^U5  
I\[_9  
案例的内容和目标 2M'[,Xe  
+sUFv)!4  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 ApV~(k)W  
r^a7MHY1  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 l6 H|PR{  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 scou%K  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 :G2k5xD/E  
EbE-}>7OO  
模拟任务：反射光束整形设置 B1C-J/J  
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。 usCt#eZK  
s<eb;Z2D  
[t@Mn  
es&vMY  
2Kyl/C,  
ssRbhlD/*1  
规格：像散激光光束 9-DZU,`P  
ft
KTnK.  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 OAkZKG|  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ~%=MpQ3  
&NoS=(s,  
>kp?vK;'B  
(ECnMti+  
[8,yF D_U  
{~sDYRX  
规格：柱形抛物面反射镜 %<*g!y `  
                         `_RTw5{  
 有抛物面曲率的圆柱镜 sVv xHkt@  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 N@1+O,o  
 曲率半径等于焦距的两倍 _FVcx7l!
u  
~r`9+b[9{  
D\sWZ  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） uPG4V2  
D (mj7oB  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 N<|Nwq:NN  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ,5,!es@`b  
 离轴角决定了截切区域 G]i/nB  
FUjl8b-|  
规格：参数概述（12° x 46°光束） aV?@s4  
4?7W+/~<&  
   *q".-u!D[  
`-l6S  
光束整形装置的光路图 DV-;4AxxRq  
ie\"$i.98H  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 (>GK\=:<  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 Vz)`nmO}5\  
.#Z%1U%P.  
反射光束整形系统的3D视图 %$Z7x\_  
.5,(_p^  
Vle@4]M\  

)Es"LP]  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 -VTkG]{`Ir  
 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）。 7cO n9fIE  
JS
W}*HR  
详述案例 (?{MEwHG  
s,n0jix@  
模拟和结果 ,Bo>E:u  
y_IM@)1H~  
结果：3D系统光线扫描分析 #Av.iAs  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 5v}8org  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 ^8Q62  
M8Z2Pg\0  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd >U*T0FL7  
q+]h=:5=I  
使用参数耦合来设置系统 [uls8 "^/j  
Mo @C9Y0  
自由参数： *"n vX2iz  
 反射镜1后y方向的光束半径 "7V2lu  
 反射镜2后的光束半径 ;Tc`}2  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） [P7N{l=I  
 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。 <-S%kA8  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 cwWodPNm  
p2udm!)J  
}S$@ Ez6  
.dQQoyR+O  
dW~*e2nq  
ux3<l+jv^  
自由参数： `Ru3L#@  
 反射镜1后y方向的光束半径 FE!lok  
 反射镜2后的光束半径
zs*
L~_K  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） yH*6@P4:0=  
 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。 q]N:Tpm9  
a5!Fv54  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 x,S P'fcP  
) ^3avRsC  
hQHnwr  
结果：使用GFT+进行光束整形 _b.qkTWUB  
<_Q:'cx'  
A\#P*+k0  
]U7KLUY>:  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 /3:q#2'v  
mJ`A_0  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 'hv k
  
~Oq +IA~9  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 *`
Yv.=cd  
g9WGkHF  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 1,~SS  
~JDnKo  
Bk\Gj`"7  
mzc 4/<th  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [.*;6y3  
%T9 sz4V  
结果：评估光束参数 {Gw.l."  
S^<g_q  
 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。 3LTcEd  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 0#*#a13  
UNi`P9D]3  
01. &>Duw  
 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。 -yg?V2  
 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） qTo-pAG`  
4[-*~C|W5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd $gM8{.!  
J@ktyd(P  
光束质量优化 IMl!,(6;  
Iu*^xn  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 MqA`yvQm  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 13&0rLS  
gxMfu?zk"  
结果：光束质量优化 dk<XzO~g  
Q\,o:ZU_  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 -}6xoF?  
g@Qgxsyk>  
[e4]"v`N  
3#45m+D  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） zb Z4|_  
*d',Vuv&[  
cl*PFQp9j  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd wgRsZ  
@(i!YL  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 FG!X"<he  
K[7EOXLy  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 }AvcoD/b  
5+jf/}tA  
 这意味着参数变化是的正态 n7YEG-J  
^+9sG$T_EV  
S$^
RbI  
   `[YngYw  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 Vax^8 -  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 vHE^"l5v  
Mf#83<&K  
<x),,a=X  
on7I l  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run xlR2|4|8  
6Ik,zQL  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） U70]!EaT  
T4;T6 9j;,  
ez9k4IO  
a3>zoN  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 sfVf@0g  
9cv]y#  
总结 M#@aB"@J>  
.\qj;20
W  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 7gS1~Q4\V2  
1.模拟 1]T`n/d V  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 U#o'H @  
2.研究 T=YzJyQC)  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 Z_1*YRBY;  
3.优化 ro[Y-o5Q0  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 KZBrE$@%5  
4.分析 g+C!kaC)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 TjBY 4  
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。 jUqy8q&  
"XLe3n  
参考文献 )2E%b+"  
[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). #9LzY  
d'9:$!oz  
进一步阅读 FCc=e{  
3v!~cC~cI  
进一步阅读 D["MUB4l  
 获得入门视频 v}v 5  
- 介绍光路图 I6L
D)?  
- 介绍参数运行 J:F^ #gW  
 关于案例的文档 ~ekh1^evu  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens u.|~$yP.!  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens qOG}[%<^n7  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing V8z`qEPM  
- 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