[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） CTB qX  
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 U4NA'1yo  
Y0Rk:Njc  
]D>\Z(b
 
简述案例 0$R}_Ok  
F @!9rl'  
系统详情 f2P2wt.$  
 光源 |dqAT.  
- 强象散VIS激光二极管 8(@(G_skp  
 元件 &K"qnng/y  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） (ap,3$hS  
- 具有高斯振幅调制的光阑 M;X}v#l|XI  
 探测器 "V4ru&a  
- 光线可视化（3D显示） h],l`lT1\  
- 波前差探测 2,6|l.WFpE  
- 场分布和相位计算 DvBRK}'  
- 光束参数（M2值，发散角） vcp[$-$QGJ  
 模拟/设计 IDt7KJ@hc  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 /kFw(l_.  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： {@67'jL  
 分析和优化整形光束质量 DUs0L\  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 fXx !_Z  
8Dc'"3+6  
系统说明 jW.IkG[|  
'CjcFP  
!X{>?.@~  
模拟和设计结果 )WF*fcx{  
V53iWWaFe  
数值探测器结果 L%[b6<  
&n2dL->*#  
dj:6c@n  
m^YYdyn]M  
5l /EZ\q  
总结 oAq<ag\qV  
Pu0O6@Rg  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 uKpWb1(  
1.模拟 05[k@f$n  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 /c52w"WW  
2.评估 ]n&Eb88  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 >}!})]Xw9  
3.优化 af;~<oa  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 GPU,.s"&(  
4.分析 y/6%'56u
F  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。  ood,k{  
b#{[Pk,w9  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 Q$=X ?{  
-@G,Ry-\t  
详述案例 Z/[ww8b.  
OOX[xv!b  
系统参数 + Awo\;@,  
-ZE]VO*F  
案例的内容和目标 q5ja \  
H6%%n X  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 m\ (crkN  
A\};^Y  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 )Vnqz lI5  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 vvcA-k?  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 IO]%AL(.;  
.Fn7yTQ%  
模拟任务：反射光束整形设置 VF] ~J=>i  
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。 <aGfQg|554  
-
}Q^A_xK  
B|6_4ry0U  
5AO'IhpL  
9w( Wtw'  
6]5e(J{Fz  
规格：像散激光光束 7!%xJ!  
5Uha,Q9SA  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 };s8xGW:k3  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 DE_<LN  
_h8|shyP  
1|/]bffg!c  
KO5! (vi@  
;ax%H @o  
[BzwQ 4  
规格：柱形抛物面反射镜 ! 4{T<s;q  
                         qD<\U  
 有抛物面曲率的圆柱镜 4vb
tB2  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 U *']7-  
 曲率半径等于焦距的两倍 W"*~1$vf  
h;?H4j  
&d/x1=  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ),]XN#jp(u  
)$7-CNWr~  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 af<wUxM0  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） On4tK\l@  
 离轴角决定了截切区域 ]3bXJE  
q}0xQjpo  
规格：参数概述（12° x 46°光束） K \_JG$(9  
(nLT8{>0  
   uKE?VNC]  
}hyl)?*~  
光束整形装置的光路图 <9jN4hV  
B #zU'G*Y  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 o+I'nFtnI  
 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。 }6!*H!  
nb,+!)+  
反射光束整形系统的3D视图 $F/Uk;*d!  
b!3Y<D*  
8-cCWo
c  
?'I pR  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 bfl%yGkd/|  
 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\R}9 lIm  
D*o5fPvFO
 
详述案例 * j]"I=D  
*Y/}EX!F  
模拟和结果 \1R<GBC4  
~rICPR  
结果：3D系统光线扫描分析 +(l(|lQy$  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 AIX?840V  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 HyKv5S$  
wseb]=U  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd a15kFun  
1K&l}/zUl  
使用参数耦合来设置系统 T\b-<Xle  
t],5{UF  
自由参数： w9Z,3J6r  
 反射镜1后y方向的光束半径 g6p:1;Evf  
 反射镜2后的光束半径 6h%_\I.Z[[  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） CPt62j8  
 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。 `@)>5gW&p  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 {RPZq2Tpc  
$2'Q'Mx[gd  
]
)3(@.  
.Qz412  
*p Q'w  
WO]9\"|y  
自由参数： I5mtr  
 反射镜1后y方向的光束半径 h}SP`  
 反射镜2后的光束半径 x}B_;&>&"_  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） MQvk& AX  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 -jdhdh  
nXFPoR)T  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 O\&-3#e  
{sb2r%U!+  
lJIcU RI4  
结果：使用GFT+进行光束整形 `m7w%J.>n  
dJ&f +  
nC2e^=^  
9_ru*j\  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 }Md5a%s<  
(YC{BM}  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 Y~"5HP|  
])tUXU>  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 wJMk%N~R:  
2.PZtl  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： v-ZTl4j$  
5zi}OGtXv  
N.D7  
.4O
~a  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd r~q3nIe/,  
2PTAIm Rq  
结果：评估光束参数 ##r9/`A  
unD.t  
 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。 *-\qO.4\  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 Xdl7'~k  
YHQvx_0yP  
>_'0 s  
 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。 /C\tJ
s  
 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） pgipT#_K  
tB{HH%cV  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd k;V (rf`  
?ytY8`PC  
光束质量优化 H9%[! RF  
g)L<xN8  
 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。 T]UrKj/iF  
 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）。 J|=0 :G  
Ls6C*<8  
结果：光束质量优化 tTE]j-uT  
M'|?*aNK  
 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。 Rv)*Wo!L  
u?7^+z  
h-+vNhH  
;FnU[Q`M#L  
 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。） J?"v;.K|hU  
9!?Ywc>0#  

'PWX19  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd JA2oy09G  
Iq@&?,W  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 )o`[wq  
Y. Uca<{.[  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 w`I+4&/h  
L}=t"y  
 这意味着参数变化是的正态 V~MyX&`  
Uu[dx}y  
AwtiV-w  
   Fk`|?pQm  
 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。 a^g}Z7D'T  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 WX4f3Um  
l1%ubu  
sv)4e)1  
a[=;6!  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run ;pt.)5  
zK>}x=  
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） IC:>60A,]  
66{Dyn7J~  
aNUMF  
5;@2SY7,  
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。 ijACfl{!:t  
te;VGpv.  
总结 V;d<S@$  
~A_1he~  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 3$4
I  
1.模拟 I<qG{PA  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 `_e5pW=:>  
2.研究 Q9k;PJ`@  
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+p^fBz  
3.优化 1vinO!  
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。 {]]#q0|  
4.分析 XwIhD  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 %?Q<  
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。 k>F>y|m  
d>O/Zal  
参考文献 xg;vQKS6  
[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). J\hqK*/8  
qRL45[ K  
进一步阅读 g>QN9v})  
\Nj#1G  
进一步阅读 Ym?VF{e,  
 获得入门视频 {wD:!\5  
- 介绍光路图 S5\KI+;PW  
- 介绍参数运行 xoQ(GrBY  
 关于案例的文档 LKgo(&mY  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens pP%9MSCi  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens ]F3fO5Z  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing B\tm  
- 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