[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） N=^{FZ  
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 "K n JUXpl  
CB{
%~  
YjN2 ,Xi  
简述案例 wYQTG*&h  
R]O!F)_/'  
系统详情 /. GHR  
 光源 Q?-HU,RBO  
- 强象散VIS激光二极管 p%toD{$  
 元件 SQhk)S  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） knrR%e;  
- 具有高斯振幅调制的光阑 S=H<5*]g  
 探测器 WPi^;c8  
- 光线可视化（3D显示） wNMgY  
- 波前差探测 {WQH  
- 场分布和相位计算 <`,pyvR Kv  
- 光束参数（M2值，发散角） KKP
}fN  
 模拟/设计 M>W-lp^3  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 >Y=HP&A<  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： /HbxY  
 分析和优化整形光束质量 ]L#6'|W  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 i1k(3:ay<  
~L$B]\/A5  
系统说明 ^j&'2n@9a  
P=PcO>  
}#}IR5`=E  
模拟和设计结果 Tap=K|b ]  
5[l9`Cn&A  
数值探测器结果 u=NpL^6s<  
RzCC>-  
fq(r,h=|  
CBw/a0Uck  
i(P/=B  
总结 g&9E>wT  
~>u]ow=  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Ah:!  
1.模拟 7|4hs:4mD  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 c@9jc^CJ  
2.评估 V ;Kzh$^rk  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ,4W|e!  
3.优化 \pI)tnu6'U  
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。 ?w'a^+H  
4.分析 4/YE
kD  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 \`?#V xz  
0"q_c-_Bg  
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。 @8
WG  
_/;k;$gDp  
详述案例 LDlj4>%pW^  
Z* eb  
系统参数 Trd/\tX#v&  
3 $7TeqfAC  
案例的内容和目标 fy|ycWW>8  
.Rt_j  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 )6mx\t  
'5xf?0@s.  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 s/[15  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 _22;hnG<iy  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 ga0>J_  
{Ic~}>w  
模拟任务：反射光束整形设置 H|8vW  
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。 #N%ATV  
;\(Wz5Ok&J  
Y4*ezt:;Q  
9_Tk8L#  
2 mM0\ja  
9>~UqP9  
规格：像散激光光束 48X;'b,h  
&t)dE7u
5  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 YrAaL"20  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 lK;/97Ze  
{SH+lX0]{  
jU')8m[  
jR~2mf!h*e  
(ov=D7>t0  
M7Ej#Y  
规格：柱形抛物面反射镜
\+OP!`  
                         d"zbY\`  
 有抛物面曲率的圆柱镜 N<wy"N{iS  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 &sbA:xZBA  
 曲率半径等于焦距的两倍 cU}j Whu  
0gY
,[aQ2  
n]&/?6}  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） C6Qnn@waYb  
HfN-WYiR  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 kIS&! V  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） Xh==F:  
 离轴角决定了截切区域 fuJ6 fmT  
S-^y;#=  
规格：参数概述（12° x 46°光束） dRg1I=|{_  
p"^^9'`=  
   }9T$XF~  
S-[]z*  
光束整形装置的光路图 F5Ce:+h  
h>B>t/k?  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 <d$kGCz  
 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。 | >xUgpQi  
:32  
反射光束整形系统的3D视图 S!gV\gEbDj  
75vd ]45as  
b6=.6?H@4f  
S3nA}1R  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ,6rg00wGE  
 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）。 PN0l#[{EN  
k1y&'3%  
详述案例 Nt42v  
kE QT[Lo  
模拟和结果
,2u-<8  
:HhLc'1Jw  
结果：3D系统光线扫描分析 p1t9s N,  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 061@N=p8  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 rC~hjViG.  
rlu{C4l  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd NC::;e  
Tysh~C|1  
使用参数耦合来设置系统 mj :8ZZ  
lPm'>,}Y  
自由参数： u>:sXm
 
 反射镜1后y方向的光束半径 H~RWM'_  
 反射镜2后的光束半径 N(mhg
C<O  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） O6gI%Jdp  
 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。 ~V3pj('/)'  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 K9  
&,Dh*)k  
8YFfnk  
UMUr"-l =  
2vWJ|&|p  
h$|K vS  
自由参数： p"ht|x  
 反射镜1后y方向的光束半径 Uj}iMw,  
 反射镜2后的光束半径 Z[KXDQn8  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） ~$w-I\Q!  
 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。 l<)(iU  
l i}4d+  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 S:{hgi,T*  
dix\hqZ
  
c:"*MM RC  
结果：使用GFT+进行光束整形 @u3K.}i:g  
]qL#/ 
 
?1}1uJMj-  
2Jrr;"r  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 Sai_rNRWB  
{6'5K U*RH  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 : :8UVLX  
{c
|nIwdB  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 > taT;[Oa  
]hTYh^'e  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： $6atr-Pb  
9ET2uDZpL  
*>rpcS<l  
2S}%r4$n}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 6N\~0d>5m  
laqKP+G  
结果：评估光束参数 /78gXHv  
T=:&W3  
 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。 K97lP~Hu  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 *ghkw9/  
-cNh5~p=  
#wbaRx@rc  
 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。 sLzcTGa2:z  
 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） >[,Rt"[V  
~\DC )  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd |ap{+ xh  
O:Bfbna  
光束质量优化 zTrAk5E  
pmB}a7  
 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。 ,7SLc+  
 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）。 "cRc~4%K  
J7t
5B}}
 
结果：光束质量优化 R+8+L|\wHv  
bmhvC9  
 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。 fG;)wQJ  
d /&aC#'B  
IV_uf  
qfvd(w  
 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。） %m!o#y(hD`  
)<9g+^  
|~hSK  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd 4?g~GI3  
o1MI&}r  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 1gts=g.  
FIlw  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 UtG@0(6C  
#>O,w0<qM  
 这意味着参数变化是的正态 (\.[pj%-O  
-'3vQXj&  
n99:2r_  
   lYv :  
 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。 ^
i&/k  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 _Akc7"  
zA9N<0[]o  
AUcq\Ys  
7xB#)o53  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run JM -Tp!C>  
7!hL(k[  
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） c)#b*k,lw<  
M:6H%6eT  
yfiRMN"2  
+cheLc  
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。 _a8^AG  
IE: x&q`3  
总结 X}0NeG^'O  
o DPs xw  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 %;^[WT`,  
1.模拟 zN#$eyt  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 N'Ywn}!js  
2.研究 C"k8M\RW?  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 LTS3[=AB  
3.优化 99G/(Z}  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 pnca+d  
4.分析 y&t&'l/m  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 
\r^=W=  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 - 4'yp  
ktU98Bk]  
参考文献 rl'YyO}2  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). [WXtR  
KArf:d  
进一步阅读 J*U,kyYF  
3%{XJV  
进一步阅读 }h5pM`|1  
 获得入门视频 zOLt)2-<  
- 介绍光路图 K_Y0;!W  
- 介绍参数运行 eg~$WB;1  
 关于案例的文档 I"#jSazk  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 6|X  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens $n(?oyf  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing ~bL(mq  
- 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