[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） [(e`b  
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 1WA""yb  
u):Rw  
MS*M
em,  
简述案例 l<)JAT;P  
CsST-qxg  
系统详情 :R|2z`b!  
 光源 Zkb,v!l  
- 强象散VIS激光二极管 hoD[wAC  
 元件 k9VQ6A  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） @l6dJ  
- 具有高斯振幅调制的光阑 FUTyx"   
 探测器 r{:la56Xd  
- 光线可视化（3D显示） @1qUC"Mg  
- 波前差探测 $gD(MKR)~  
- 场分布和相位计算 Dil4ut-$  
- 光束参数（M2值，发散角）  d7-F&!sQ  
 模拟/设计 xzf)_ <  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 *.;}OX^X  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： "F.J>QBd  
 分析和优化整形光束质量 J`D<  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ewff(e9  
fS$Yl~-m?  
系统说明 pcxl2I  
O [ ;6E  
>,Swk3  
模拟和设计结果 E6&uZr  
ABYW1K=  
数值探测器结果 LF,c-Cv!jL  
~(doy@0M  
nh.v?|  
Ei(`gp  
'~6CGqU*  
总结 >a] s  
HvfTC<+H  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 |c+N)FB  
1.模拟 $HnD|
_*  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 5<ya;iK  
2.评估 *q9$SDm  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 O!cO/]<  
3.优化 _"e( ^yiK  
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。 %;XuA*e  
4.分析 I3=Sc^zz&V  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 K>p:?w  
rO>wX_  
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。 Cr\/<zy1-e  
gmH0-W)=  
详述案例 sBG(CpQ  
nLLHggNAV  
系统参数  k`zK  
(HgdmN%  
案例的内容和目标 sN/Xofh  
8i 'jkyInT  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 3mn-dKe((  
/|^^v DL  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 |vE#unA  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 20xGj?M  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 R}mWHB_h"  
8k}CR)3@C  
模拟任务：反射光束整形设置 5N}|VGN  
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。 24k}~"We  
Olrw>YbW  
uPD_s[  
VFp)`+8  
S^_yiV S  
lt2&uYgp  
规格：像散激光光束 f*f9:xUY  
 ]@ 0V  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 78A4n C  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ;Awzm )Q  
, Vr6  
_'v )Fy  
F#9KMu<<cI  
\shoLp   
Xq$0% WjG  
规格：柱形抛物面反射镜 -2XIF}.Hu  
                         z@LP9+?dE  
 有抛物面曲率的圆柱镜 R5~m"bE  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 {_D'\i(Y_  
 曲率半径等于焦距的两倍 G!Q)?N   
6
/C  
 +PD5pr  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） P=i |{vv(  
JIk
mtZv  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 N1t:i? q&  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） xpo}YF'5  
 离轴角决定了截切区域 5Ww\h  
'Pn`V{a  
规格：参数概述（12° x 46°光束） UzRF'<TWf  
g[Y$SgJ  
   ZuON@(  
Kn]WXc|("  
光束整形装置的光路图 5rhdm?Ls0  
eS+LFS7*k  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 l0,O4k2'  
 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。 -M9 4
F  
jP]'gQ!-w  
反射光束整形系统的3D视图 N{@eV][Q  
&wvv5Vd  
B)iJH  
jV8><5C  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 z[Qv}pv  
 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）。 J)+eEmrU  
sRG3`>1  
详述案例 mI18A#[ 3  
a+Nd%hoe  
模拟和结果 [!$>:_Vq/  
:@L5=2Z+  
结果：3D系统光线扫描分析 HyMb-Us  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 w, wt<@}  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 r3)t5P*_  
&ICO{#v5  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Rx<F^J
 
[HfFC3U  
使用参数耦合来设置系统 q5Mif\  
gA*zFhGVS7  
自由参数： V19*~v=u  
 反射镜1后y方向的光束半径 _69\#YvCG  
 反射镜2后的光束半径 U9s y]7  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） C,rZ}-  
 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。 $<#sCrNX  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 /J:j'6  
CSs6Vm!=  
2;tp>,
G9d  
2:yv:7t/  
:'=C/AL  
0]HIc  
自由参数： gsH_pG-jU  
 反射镜1后y方向的光束半径 ^~od*:  
 反射镜2后的光束半径 Ws@s(5r  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） TjdYCk]'  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 Gz:a1-x  
j|9 2 g  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 o\#e7Hqbh  
r+crE %-  
vC1 `m  
结果：使用GFT+进行光束整形 <Th.}=  
j3U8@tuG  
|V5H(2/nk  
4a~_hkY]  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 rjzRH  
M9nYt~vHX  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 (A_9;uL^_  
W:G*t4i  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 #Bjnz$KB  
l0f6Lxfz  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： #kA+Yqy\)  
Y`v&YcX;  
3ly|y{M",  
BN0))p  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd _'Z@ < ,L  
\uH;ng|m  
结果：评估光束参数 FrS>.!OFn  
BH^q.p_#>X  
 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。 1?;s!6=  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 0FBifK  
ZZUCwczI  

{fWZ n  
 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。 QQcJUOxT9  
 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） 3-0Y<++W3>  
!Iqyt. .  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd |dO1w.x/  
H4U;~)i  
光束质量优化 >*&[bW'}?  
xYbF76B  
 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。 %O-wMl  
 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）。 ;XjKWM;  
\VW.>@s~  
结果：光束质量优化 !Qy3fs  
aE+E'iL  
 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。 '(?@R5a  
+-ue={'  
mYZH]oo  
'yl`0,3wV  
 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。） a,X3=+_K  
k~R_Pq S  
fE >FT9c  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd `KZ}smMA  
?AR6+`0  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 =
d9%ce  
wx<DzC  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 =6>mlI>i  
|oX l+&u  
 这意味着参数变化是的正态 jd#{66:  
HG3jmI+u>  
FYzl-7!Y  
   r*$KF!-dg  
 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。 :t(}h!7  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 %k"-rmW  
6;ICX2Wq'  
*fl1 =Rfr  
Mb-C DPT  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run &_ber ad  
]:F]VRPT  
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） 8YCtU9D  
7#Mi`W  
UJO+7h'  
k(et b#  
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。 oo`mVRVf  
$L(,q!DvH  
总结 )x]/b=m  
W Qe>1   
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {2-w<t  
1.模拟 
TJ#<wIiX  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 od!TwGX  
2.研究 R6!t2gdKe@  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 LFtnSB8  
3.优化 PM,I?lJ,  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 [(]uin+9Q  
4.分析 w<>B4m\  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 y/E%W/3  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 (.S
j"6+  
I/t2c=f  
参考文献 s(-$|f+s  
[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). iielAj*b  
h%Bp%Y9  
进一步阅读 lRn>/7sg$  
2wikk]Z  
进一步阅读 G$WMW@fy  
 获得入门视频 _HGbR/  
- 介绍光路图 FK>8(M/  
- 介绍参数运行 o[aRG7C  
 关于案例的文档 DdPU\ ZWR  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens tK1P7pbC8r  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens kowBB0  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing o#CNr5/  
- 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