[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） 1Jm'9iy3  
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 &[yW}uV<7  
t_xO-fT)  
78~;j1^6u  
简述案例 RKi11z  
u B~C8}  
系统详情 <Pn]{N  
 光源 TKH!,Ow9A  
- 强象散VIS激光二极管 simD<&p  
 元件 VZz>)Kz:  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Q$bi:EyJXc  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ]nIH0k3y  
 探测器 f[ 'uka.U  
- 光线可视化（3D显示） r'F)8%  
- 波前差探测 r+RFDg/  
- 场分布和相位计算 ~7 w"$H8  
- 光束参数（M2值，发散角） D`9a"o  
 模拟/设计 (J6>]MZ#)  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 !+EE*-c1c  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： |YnT;q  
 分析和优化整形光束质量 x*#9\*@EI  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 'g5 Gdn  
wH0m^?a!3  
系统说明 zk++#rB  
aam6R/
4  
w;p~|!  
模拟和设计结果 )JsmzGC0  
?mi1PNps#  
数值探测器结果 QK
HAN{hJ  
w<|Qezi3 w  
dbsD\\,2%N  
EEJ OJ<  
wZnv*t_  
总结 k.n-JS  
}K.2  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 o%SD\zk  
1.模拟 7[I%UP  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 UFl+|wf  
2.评估 SJ8CBxA  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ExxD w_VGT  
3.优化 al1Nmc#  
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(@VjX
l  
4.分析 WV&grG|
 
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 zgn~UC6&  
.|g|X8X  
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。 )`,Y^`F2  
%~r
XJrK  
详述案例 pd\x^F`sk.  
|aX1PC)o_  
系统参数 X3zpU7`Av+  
(x!Tb2mlk  
案例的内容和目标 mmvo >F"  
f=--$o0U~  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 jU2vnGw_  
mx=2lL`  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 :406Oa  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 vrX@T?>  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 nXJG4$G  
Bm$(4  
模拟任务：反射光束整形设置 Iw[7;B5v  
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。 | k?r1dj%O  
OzA'd\|  
 3PUyua'  
,a'Y^[4k?  
[4 y7tjar^  
)WH;G:
$&"  
规格：像散激光光束 )aAKxC7w  
Hw1:zro  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 GyQ9we~  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Me2qOc^Z-  
r7Zx<c  
hF^y4v|5  
'`sZo1x%f  
=berCV  
l|j}Ggen  
规格：柱形抛物面反射镜 R5& R~1N  
                         _%]x-yH!@  
 有抛物面曲率的圆柱镜 DkJ "#8Yl=  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 -$sVqR>_  
 曲率半径等于焦距的两倍 ZwOX ,D  
\(`8ng]vs  
3%L@=q  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） 4GqwY"ja  
C @nA*  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 *
bSxobn  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） gZ@z}CIw'  
 离轴角决定了截切区域 8)bqN$*h  
]114\JE  
规格：参数概述（12° x 46°光束） wCgi@\  
Xj5oHHwn  
   H;c3 x"  
-*[:3%  
光束整形装置的光路图 brEA-xNWQ  
svvl`|n%  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 zVvL!  
 因为离轴抛物面镜的位置是相对于它的焦点，那么到反射镜2的距离z必须是负的。 ac!!1lwA  
@0 #JY
:"  
反射光束整形系统的3D视图 0vZ49}mb)  
qO{Yr$V%  
B+2EIaI  
G\(cnqHk  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 O9ar|8y  
 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）。 "cz'|z`  
r(KAG"5  
详述案例 W2BZG(dm  
A/!"+Yfw  
模拟和结果 Seh(G  
=/Ph]f9  
结果：3D系统光线扫描分析 @!Rklhb  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 P09f  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 }D[j6+E  
Sjp
]TWj  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 722:2 {  
LYO2L1u)  
使用参数耦合来设置系统 L*FQ`:lZ  
kRqe&N e  
自由参数： +~$pkxD"  
 反射镜1后y方向的光束半径 C7FxV2  
 反射镜2后的光束半径 $.x,[R aN  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） |B {*so]  
 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。 :i>If:>g  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 w
+u1"  
N/78Ub  
0.[t
EnLZ  
~P BJ~j+G  
89x;~D1  
"0 $UnR  
自由参数： DY\~O  
 反射镜1后y方向的光束半径 8"}8Nrb0  
 反射镜2后的光束半径 ' eh }t  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Kay\;fXT  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。
>hY.F/[  
E[cH/Rm  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 Lp)P7Yt-  
*x:*Q \|  
F+ %l= fs  
结果：使用GFT+进行光束整形 bTt1y
O  
HR;I}J 9  
wJC F"e  
WbwwI)1  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 @'<=EAXe  
uUb`Fy9  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 .C` YO2,  
Zs4NN2~  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 hHZ'*,9 y  
5z&>NI  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 7,zE?KG /  
_2Mpzv  
]iMqIh"  
A*g-pJh  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Y,Lx6kU  
L2=:Nac  
结果：评估光束参数 &?$mS'P  
K^ ALE  
 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。 =*R6O,  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 p-r[M5;-^Q  
y,/i3^y#_  
CeeAw_*@  
 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。 mVFo2^%v  
 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） ]t
zF Ob  
c]n"1YNm  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd *E]:VZl  
7Ie=(x8):  
光束质量优化 rsq?4+\  
wh)F&@6 R!  
 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。  O4Q"2  
 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）。 <PiO %w{  
>7PNl\=gG  
结果：光束质量优化 3YJ"[$w='(  
SgYMPBh  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 9VanR ::XX  
3I(;c ,S  
RD46@Q`  
~GcWG4  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） I _gE`N  
T2 S fBs  
|B^Mj57DO  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ]x{.qTtw  
BNj_f  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 QZtQogNy#  
~d].<Be  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 S8Y\@C?5  
l&}}Io$?@  
 这意味着参数变化是的正态 RWGf]V]6  
v+I-*,R  
vP=68muD  
   b+|3nc!  
 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。 #n}~u@,o_  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 WN<g _8QR  
?^M,Mt  
|Fi5/$S.  
n_3R Q6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run H]pI$t3~  
cPD_=.&  
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） JhfVm*,  
yu)^s!UY;  
GB35ouE  
4l+!Z,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。 .] sJl  
76wNZv)9  
总结 7@ )  
wD=]U@t`,  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Ml7 (<J  
1.模拟 u8]FJQ*\6+  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ]"lB!O~  
2.研究 u '7h(1@  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ?oFd%|I  
3.优化 ATl?./Tu  
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。 Y}1c>5{bE  
4.分析 xEp?|Q$  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 fEX=csZ86  
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。 l6y}>]  
qh:Bc$S  
参考文献 Aeb(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). sVK?sBs]  
USEb} M`  
进一步阅读 iN[x *A|h  
B*,)
@h  
进一步阅读 V`1,s~"q  
 获得入门视频 ;~EQS.Qp  
- 介绍光路图 D]]wJQU2  
- 介绍参数运行 @kqxN\DE  
 关于案例的文档 !:^q_q4  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens L%T(H<G  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens d=PX}o^  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing "FWx;65CR  
- 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