[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） Yj\yO(o/  
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 Xy<f_  
qXGLv4c`Q  
neFno5dj  
简述案例 x{V>(d'p  
iQC&d_#  
系统详情 'LLx$y.Ei[  
 光源 KB*=a  
- 强象散VIS激光二极管 L.[uMuUa  
 元件 r.^X>?  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） KocXSh U  
- 具有高斯振幅调制的光阑 Sr 4 7u{n  
 探测器 bnu0*Zg>  
- 光线可视化（3D显示） (1j$*?iGA  
- 波前差探测 G3^]Wwu  
- 场分布和相位计算 mm<iT59  
- 光束参数（M2值，发散角） u>6/_^iq  
 模拟/设计 RyWOiQk;  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 u!k<sd_8B  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： +/86
w59  
 分析和优化整形光束质量 Ytwv=;h-  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 -L?% o_  
91d`LsP  
系统说明 c.A/{a  
G$9|aaf`1#  
-0WCwv  
模拟和设计结果 +u
:OAsR  
Lj-&TO}OZ  
数值探测器结果 N/{Yi _n  
~LW%lMy;^|  
Le:mMd= G  
L9?/ -@M  
SH$cn,3F8  
总结 UA4d|^ev  
i3&B%JiLX  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 '!h0![OH  
1.模拟 JgKZ;GM:W  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 M#=5u`h  
2.评估 4U;XqUY /  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 IBNQmVRrI  
3.优化 2$W,R/CLh  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 'Qq_Xn8  
4.分析 @:QdCG+  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 b
ok 74U]  
9`n)"r  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 G$|;~'E  
xXxh3 k\  
详述案例 =
/QU$[7X(  
8Y~=\(5>  
系统参数 1 u_24  
x`6^+>y^  
案例的内容和目标 (yAvDyJOn  
{$1$]p~3o  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 H?(SSL  
A1t~&?  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 ZMMo6;  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 3?Eoj95w!  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 :htq%gPex9  
qM!f   
模拟任务：反射光束整形设置 N|O]z  
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。 VMye5 P  
*:tjxC  
9C)3 b3  
dJ%Rk#?;A  
m_Ac/ctf  
5-WRv;  
规格：像散激光光束 m":SE?{{&  
.i&ZT}v3  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 T'b/]&0Tio  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 K7xWE,y  
[kuVQ$)  
d:<H?~  
#DK3p0d  
!MJe+.  
,WB_C\.#XN  
规格：柱形抛物面反射镜 J1]w*2  
                         Tq\~<rEo  
 有抛物面曲率的圆柱镜 X:``{!~geo  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Ph+X{|  
 曲率半径等于焦距的两倍
pjHRV[`AP  
MYw8wwX0kJ  
z'o
iyXEE3  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） yB4H3Q )  
24jtJC,7  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 >'}=.3
\  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） 'uKkl(==%  
 离轴角决定了截切区域 I' ! r  
RE>ks[  
规格：参数概述（12° x 46°光束） Y%0d\
{@a  
U7B/t3,=U  
   bKuj po6  
^K.u ~p  
光束整形装置的光路图 =%3b@}%HqS  
Gh2Q$w:  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 pFJQ7Jlx  
 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。 <wt$Gglk  
/$9BPjO{  
反射光束整形系统的3D视图 BU9J_rCIv  
)Ab6!"'  
9:%n=URd  
)XP#W|;  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 1@%B?  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 wMz-U- z  
p`:*mf  
详述案例 -*|:v67C&  
3T|Y}  
模拟和结果 @q&|MMLt  
=9p
w uH  
结果：3D系统光线扫描分析 G`,u40a  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 79SqYe=&uy  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 SLtSqG7~  
!8Z2X!$m{<  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd U!c]_q  
,M)k7t:  
使用参数耦合来设置系统 wqlcLIJPR  
d/B'[Ur  
自由参数： ?C &x/2lt  
 反射镜1后y方向的光束半径 i s L{9^  
 反射镜2后的光束半径 S~0JoCeo  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） X"[dQ_o  
 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。 6ORY`Pe7P|  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 Mlv<r=E  
g4:VR:o
  
e=t<H"&  
2wx!Lpr<i_  
B(j02<-  
)Fqy%uR8  
自由参数： {~"7vkc+  
 反射镜1后y方向的光束半径 tu\mFHvlg  
 反射镜2后的光束半径 -@''[m.*  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） O)`fvpVU  
 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。 YC]PN5[1!  
tTotPPZf}  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 YywEZ?X  
0Injyc*bMF  
n6b3E*  
结果：使用GFT+进行光束整形 8>UKIdp  
9~@<-6jE3b  
,e9CJ~a  
?75\>NiR  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 (/"thv5vT{  
#gh p/YoTq  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 K~c^*;F  
<rNtY,  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 4s9c#nVlu  
/b.$jnqL  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： D"L|"qJ  
,I]7g4~  
hwiKOP  
I(pb-oY3!I  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd D7)(D4S4  
lDo(@nM  
结果：评估光束参数 (nLKQV 1  
i 'qMi~{  
 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。 JwZ?hc  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 xw?CMA  
e1Ob!N-  
o]A XT
8  
 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。 5^yG2&>#  
 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） [*Q-nZ/L  
kl" ]Nw'C  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd hp*<x4%*a"  
t\8&*(&3F  
光束质量优化 Vt'L1Wr0v  
F) ?
o,  
 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。 ,'~#Ch  
 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）。 E#8
_hT]5  
qU#$2  
结果：光束质量优化 U IfH*6X  
2}w#3K  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 < kz[:n:  
q/$GE,"  
be7L="vZw  
t:>x\V2m  
 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。） a5a1'IVq  
(#$$nQj  
Ox^:)ii  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd P.cO6+jGR  
=+<d1W`>0  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 [ByQ;s5tY  
[(|^O>k8c  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 3[r";Wt#  
Hd*}k6  
 这意味着参数变化是的正态 7:TO\0]2n  
FI8k;4|V  
g`n;R  
   Y9u;H^^G  
 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。 bg}+\/78#  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 K#!X><B
'  
'.Z4 hHX  
Rn-G @}f  
0z7L+2#b^  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run M;KA]fmc  
9${Xer'  
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） k9mi5Oc  
78d_io}w  
V@%  
h*3{6X#(/  
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。 $"\O;dp7l  
EY=FDlV  
总结 b{M}5~e=B  
OQScW2a&  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 FW#P*}#  
1.模拟 vX;HC'%n  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 _yvLuj  
2.研究 R{?vQsLk  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 GX?*1  
3.优化 %ucjMa>t  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 8:thWGLN  
4.分析 ]\Xc9N8w  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 
)DT|(^  
可以使用VirtualLab Fusion非常有效地模拟和分析复杂的光束整形装置，尤其是离轴系统。为此，根据情况应用不同的模拟引擎。 0/ !,Dn  
pzhl*ss"6  
参考文献 ZCYS\E7X  
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). BAV>o|-K  
.<#ATFmY  
进一步阅读 >$H|:{D  
 9S1)U$  
进一步阅读 DG[%Nhle  
 获得入门视频 l?8)6z#Zl  
- 介绍光路图 |cDszoT /  
- 介绍参数运行 2r&R"B1`(  
 关于案例的文档 (UYF%MA}"  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ?WpenUWk  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens ]|U-y645  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing y&oNv xG-  
- 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