[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） <5 )F9.$  
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 ;:PxWm|_  
Q\W?qB_  
4'~zuUs
 
简述案例 B?nw([4m  
:L+%5Jq  
系统详情 Ga]\~31NE  
 光源 GBY-WN4sc[  
- 强象散VIS激光二极管 \[9^,QP  
 元件 _LSp \{Z  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） goqm6
L^Cu  
- 具有高斯振幅调制的光阑 BjyV&1tRV!  
 探测器 c5em*qCw$  
- 光线可视化（3D显示） dW5@Z-9  
- 波前差探测 /lS5B6NU  
- 场分布和相位计算 $TX]*hNn  
- 光束参数（M2值，发散角） :Tcvj5  
 模拟/设计 *'cyFu$  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 T -p~8=I  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： oTN:Q"oK7?  
 分析和优化整形光束质量 ^)p+)5l   
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 yz<$?Gblz  
&[z<p  
系统说明 fZiwuq!_  
XW.k%H4@  
*djVOC  
模拟和设计结果 ]!X[[w)  
K>vi9,4/ks  
数值探测器结果 {)n@Rq\=v  
` 7P%muY.  
/!'Png0!  
z2lT4SAv+  
z"c,TlVN3  
总结 cTBUj  
vW-o%u*  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 4:=VHd  
1.模拟 (?xR<]~g*  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 Z*+y?5+L"P  
2.评估 t52KF#+>  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ^4Uk'T7V  
3.优化 #p<(2wN  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 >a;LBQ0  
4.分析 t)5.m}  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 j+PLtE  
C]Q`!e  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 
JM7FVB  
R"yxpw  
详述案例 Px3I+VP  
2fgYcQ8`  
系统参数 vScEQS$>  
j 8)*'T  
案例的内容和目标 Ga_Pt8L6  
Q@uWh:  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 R=3|(R+kA  
~d3|zlh  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 n?>|2>  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 -,Js2+QZ#  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 r PTfwhs  
Ng2Z7k  
模拟任务：反射光束整形设置 <KJ|U0/jGd  
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。 |l-O e  
D~FIv  
e8E'X  
F1S0C>N?5  
w9StW94p  
I/%L,XyRI  
规格：像散激光光束 /#z"c]#  
(-],VB (+  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ,vo]WIQ\:  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 v cUGBGX_&  
86eaX+F  
iL!4r]~H  
DS9-i2  
6HPuCP  
GO.7IL{{  
规格：柱形抛物面反射镜 ^ZIs
>.'  
                         ?,]eN&`  
 有抛物面曲率的圆柱镜 HRyhq;C  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Z&4L///  
 曲率半径等于焦距的两倍 =4sx(<  
|S~$IFN4  
3ZN\F  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） x:Q$1&3N  
K%W;-W*'  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 )H`V\H[0P  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） \=P(?!v  
 离轴角决定了截切区域 i8KoJY"  
&^w"  
规格：参数概述（12° x 46°光束） >5E1y!  
.2U3_1dX  
   $E!f@L  
~N/a\%`  
光束整形装置的光路图 \D};0#G0&  

#C'E'g0  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 orYZ<,u  
 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。 ujl?!  
'? -N  
反射光束整形系统的3D视图 XH(-anU"!P  
R+t]]n6#  
M6 8foeeN  
BR-wL3x b  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 XAi0lN{,  
 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）。 tSnsjd<6.  
cW_l|  
详述案例 (74y2U6  
GY %$7
  
模拟和结果 :>0,MO.^~K  
Kv:Rvo  
结果：3D系统光线扫描分析 >y,. `ECn  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 hrO9_B|#  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 !Eb|AHa  
2ga8 G4dU  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ir>S\VT4  

#qUGc`  
使用参数耦合来设置系统 ?Ok&,\F@E  
+Wgfxk'{  
自由参数： )p
e17T1|  
 反射镜1后y方向的光束半径 m>F:dI  
 反射镜2后的光束半径 QN?EI: q=  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） QoZZXCU  
 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。 7 , _b  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ,%BDBZ  
k.jBu  
eMdf[eS  
Zy.ls&<:  
/u_9uJ"-K(  
4*9t:D|}  
自由参数： ?Bl/bY$*h  
 反射镜1后y方向的光束半径 NZ0?0*  
 反射镜2后的光束半径 ASrRMH[  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Sv0?_3C  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 hF5T9^8  
>@ xe-0z  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 !*HJBZ]q  
Yh;(puhyA  
NQ;$V:s)  
结果：使用GFT+进行光束整形 r{84Y!k~*  
WRAL/  
1X`,7B@pz  
z]C=nXbk  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 6w(r}yO]
 
lhnGk'@d  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 '?Q"[e  
B"\9slX  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 ~b!la  
vceD/N8  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： P,a9B2  
_uL[ Z  
olA+B  
S-ZN}N{,6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd _Y/*e<bU  
r>i95u82'  
结果：评估光束参数 z*q+5p@~  
;+|Z5+7!6  
 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。 |5:2?S2R  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 } XhL`%  
`4X.UPJ  
t+q;}ZvG  
 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。 :ir3u  
 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） Ycq )$7p  
*RVCz|0%w  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd Lj#xZ!mQS  
nCp_RJu  
光束质量优化 ,EVPnH[F~  
' Q(kx*;  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 /':64#'  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 WiB~sIp  
/DyeMCY-  
结果：光束质量优化 QxxPImubB  
g6P^JW}.  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 QG~6mvD  
Njr;Wa.r+  
Zlh 2qq  
,Wu$@jD/]  
 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。） njZ vi}m~  
'UxI-Lt  
%#~wFW|]x  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd XqUQ{^;aI  
BBGub?(dR  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 iWC}\&i  
j[FB*L1!D  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 8 l)K3;q_  
}!>\Ja<\  
 这意味着参数变化是的正态 TQNdBq5I6  
ts@Z5Yw*!  
tc)Md]S  
   im9EV|;  
 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。 k\;D;e{  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 +r//8&  
p-)@#hE  
aXQAm$/ >  
3`{;E{  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ::iYydpM  
=q)+_@24>d  
第一个随机公差的典型强度分布：（相应的均方根波前差：1.08λ，40.4λ，140λ） f(eXny@Y  
+Yq?:uBV  
+J;b3UE#  
3`vKEThY)  
由于波前差和因此校准的偏差更大，M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 T,uF^%$@AQ  
$joGda  
总结 ]3,  
-!qjBK,`X  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 u9~Ncz  
1.模拟 F%&lM[N%  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 @NL<v-t  
2.研究 <T)0I1S  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 `v)'(R7){  
3.优化 &v1E)/q{Z  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 5 -|7I7(G$  
4.分析 HWB\}jcA6u  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 `8O Bw  
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。 :@P6ibcX  
`$FX%p  
参考文献 KU{zzn;g  
[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). KWD{_h{R  
+zk5du^gZ  
进一步阅读 MZf?48"f  
.E+O,@?<  
进一步阅读 pM+9K:^B  
 获得入门视频 }a,ycFt  
- 介绍光路图 2Og5e  
- 介绍参数运行 n{L^W5B  
 关于案例的文档 tN4&#YK<  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens "q=ss:(  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens oMLs22Do?  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing KaOXqFT=  
- 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