[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） u# TNW.  
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 icrcP ~$A  
+!~"ooQZh  
)X2/_3  
简述案例 =K\xE"  
%#
jW  
系统详情 !=3Ce3-  
 光源 sQ}E4Iq1#S  
- 强象散VIS激光二极管 *HONA>u   
 元件 /g`!Zn8a  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） WR.>?IG2E  
- 具有高斯振幅调制的光阑 W?:e4:Q  
 探测器 [yhK4A  
- 光线可视化（3D显示） FUO9jX  
- 波前差探测 V+$^
4Ht  
- 场分布和相位计算 ^\f1zg9I  
- 光束参数（M2值，发散角） o#Viz:  
 模拟/设计 u*S-Pji,x  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 cr`NHl/XF  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： 2JhE`EVH  
 分析和优化整形光束质量 j[RY  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 n~Yr`5+Z  
FX  %(<M  
系统说明 h}U>K4BJ  
T!jMh-8  
9*2Q'z}_  
模拟和设计结果 K
%g_e*"$  
hDf!l$e.  
数值探测器结果 "(YfvO+  
ZVyJ%"(E  

,Dy9-o  
98rO]rg  
eyzXHS*s;L  
总结 VZ]}9k  
j0~dJ#  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 +Ym#!"  
1.模拟 ^4~?]5Y\  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 -y'tz,En.  
2.评估 DP.Y<V)B  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 >H,5MM!  
3.优化 .Q!pQ"5  
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。 @x@wo9<Fc  
4.分析 =X;h _GQ  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 n#S?fsQN  
2[CHiB*>  
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。 (5l'?7  
FM
"[:&>  
详述案例 717OzrF}A?  
NpH:5hi  
系统参数 4jw q
$G  
lxfv'A  
案例的内容和目标 Hbl&)!I  
Ov;q]Vn>  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 =>-W!Of  
N *,[(q  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 tkP& =$  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 (7C$'T-ZK  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 |)OC1=As  
cp&1yB   
模拟任务：反射光束整形设置 |F +n7  
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。 s{:Thgv,9  
-U{!'e8YiN  
>?jmeD3u  
iSNbbu#  
MM*9Q`cB  
}Xb|Ur43  
规格：像散激光光束 w19OOD  
: cPV08i  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 7[1VFc#tf  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 BKK@_B"  
m A
('MS2  
_^D-nk?  
7#j9"*
 
"iJAM`Hi  
l%qfaU2  
规格：柱形抛物面反射镜 DAy|'%rF1-  
                         D7Y?$=0ycb  
 有抛物面曲率的圆柱镜 MhjIE<OI=  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 ]/|D
CxQ  
 曲率半径等于焦距的两倍 v8TNBsEL  
tILnD1q  
g&\;62lV%  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） !1mAq+q!  
iV:\,<8d  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 ,=2)1I]  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） @h\i<sh!^  
 离轴角决定了截切区域 }tJMnq/m($  
MEOfVh  
规格：参数概述（12° x 46°光束） *fSX3Dk  
212 =+k  
   ppu<k N  
0ke1KKy/d  
光束整形装置的光路图 g`,(O  
)>]SJQ!k  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 r<;Y4<,BZ  
 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。 !q8A!P4|'  
7'5/T]Z  
反射光束整形系统的3D视图 f5R%F~
 
_he~Y2zFz  
Up>,~bs]  
9Dyw4'W.N  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。  aqwW`
\  
 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）。 mG%cE(j*D  
^.M_1$-  
详述案例 Y5TBWcGU%  
7N0m7SC  
模拟和结果 tfv@ )9  
xG(:O@  
结果：3D系统光线扫描分析 K,*IfHi6[  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 FYK}AR<=  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 &<hk&B  
:0Fwaw9PH"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd aX~' gq>  
TSsx^h8/  
使用参数耦合来设置系统 [ <Q{  
5hB2:$C  
自由参数： 
#|lVQ@=  
 反射镜1后y方向的光束半径 }Ub "Vb  
 反射镜2后的光束半径 ^Cg@'R9  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） & aF'IJC  
 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。 XB%`5wwd  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 JM*rPzp  
i{PX=  
OmP(&t7  
uMBb=   
CzT_$v_  
Q1 vse  
自由参数： SHCVjI6  
 反射镜1后y方向的光束半径 S*rcXG6Q^  
 反射镜2后的光束半径 #p=Wt&2  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） c:}K(yAdd  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 9a.[>4}  
wD[qE  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 QpifO  
y] ~X{v  
uMP&.Y(  
结果：使用GFT+进行光束整形 S[uHPYhlA  
::8E?c  
!?)iP  
<lLk(fC  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 J15$P8J  
$E@ke:  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 D%.<}vG  
PiIILX{DuH  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 4>@-1nt}  
;:gx;'dm5  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： GG_A'eX:I  
j8p'B-yS  
9a_(_g>S  
dkbKnY&  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd [h2V9>4:  
BcoE&I?[m|  
结果：评估光束参数 dzMI5fA<_  
zphStiwIQ  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 >:P3j<xTv  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 8 _[f#s`)  
K#{E87
G(  
5*>3(U  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 x]U (EX`t$  
 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） & ~[%N O  
AuYi$?8|5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd HM1y$ej  
O^gq\X4}  
光束质量优化 _E[{7"3}  
$RSVN?  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 UoxF00H@!  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 o[ %Q&u  
XsHl%o8,z  
结果：光束质量优化 ,K6]Q|U@r  
Y<.F/iaH  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 L7%'Y}1e.  
;h3*MR  
osX23T~-  
n*6',BY  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） |,&!Q$<un  
T}]Ao  
^NLKX5Q  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd h?YjG^'9  
o-Idr{  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 {nOK*7+"  
[I4FU7mpH  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 %dT%r=%Y  
v981nJ>w,  
 这意味着参数变化是的正态 |_2ANWHz  
xD?{Hw>QT#  
Ef`LBAfOO  
   0_D~n0rq,v  
 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。 X7c*T /  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 '\*Rw]bR|  
qryt1~Dq  
}\DQxHG  
v,i:vT\~  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run nLfnikw&  
YJ16vb9  
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） '/ &"  
fF[g%?w  
C${TC+z  
#!D5DK
@+  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 QT&{M #Ydn  
ycAQPz}=I  
总结 8rpN2M3h  
VDmd+bvJV  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。  B-gr2-  
1.模拟 S~Hj. d4/  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 GyPN)!X@.&  
2.研究 _gGy(`  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 d|NNIf  
3.优化 8c|IGC  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 }b^lg&$(  
4.分析 [1UqMkXtf  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 #dfW1@m  
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。 0?h .X=G  
hB+ t pa  
参考文献 TnaIRJ\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). 8say"Qz  
?3Fo:Z`@F  
进一步阅读 5,((JxX$  
68!fcK  
进一步阅读 7f$Lb,\y  
 获得入门视频 1<p"z,c  
- 介绍光路图 mHMej@  
- 介绍参数运行 '} kq@  
 关于案例的文档 3U`.:w`  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens >lW*%{|b$^  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens F3'X  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing yEny2q}  
- 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