[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） 52d
D(  
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 yGf7k>K'  
8s@N NjV  
O,%,dtD[a  
简述案例 RI0^#S_{  
:Iv;%a0 -  
系统详情 akxNT_   
 光源 ( %\7dxiK  
- 强象散VIS激光二极管 "|L"C+
tE  
 元件 pW(rNAJ!  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） eZLEdTScM  
- 具有高斯振幅调制的光阑 UtQey ;w  
 探测器 6(Pan%  
- 光线可视化（3D显示） ^ RA'E@"  
- 波前差探测 )rD!4"8/A  
- 场分布和相位计算 #_@cI(P  
- 光束参数（M2值，发散角） @#)` -]g  
 模拟/设计 KLg1(W(  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算
_*fNa!@hY  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： &0Yg:{k$  
 分析和优化整形光束质量 $'498%K2  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 X#lNS+&='  
IW3k{z  
系统说明 ] 3"t]U'f  
DK)W ,z|  
h_vT
A  
模拟和设计结果 a>'ez0C  
?m |}}a  
数值探测器结果 l@4_D;b3o"  
sUZA!sv  
GiV%Hcx  
-3EQ
RqVg  
0=j }`  
总结 3/kT'r  
1cLtTE  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 Z<-_Y]4j  
1.模拟 9=%zdz2_S  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 G<;~nAo?f0  
2.评估 J:L+q}A  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 $;qi-K3j  
3.优化 E-bswUVaEE  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 jxh:z  
4.分析 l_vGp  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 7A)\:k  
,c p2Fac  
对于复杂的光束整形装置，特别是离轴系统，可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中，根据情况应用不同的模拟引擎。 nT6y6F_e  
EKwQ$?I  
详述案例 21uK&nVf^l  
6#?T?!vZ  
系统参数 8M,*w6P  
rs&]4
6i/p  
案例的内容和目标 >lQo _p(;  
SB_Tzp  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 tIsWPt]Y  
w,LtQhQ  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 zM9#1^X  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 Ms{";qi
G  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 3S0.sU~_U  
Td=4V,BN  
模拟任务：反射光束整形设置 -/yqiC-yx  
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。 `g)}jo`W  
Z'z)Oo  
U v2.Jo/Q  
`ONjEl  
@I_cwUO  
9wgB JJl7  
规格：像散激光光束 e~o
!Qm  
iNO>'7s7  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 q2qi~}l  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 $*yYmF  
#2{-6ey  
L:R4&|E/t
 
$ V^gFes  
sVLvnX,  
BQ@7^E[  
规格：柱形抛物面反射镜 1Ms[$$b$  
                         j]Auun  
 有抛物面曲率的圆柱镜 WJShN~ E  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 Rn1oD3w  
 曲率半径等于焦距的两倍 /sE,2X*BT  
eA/n.V$z  
,T/Gv;wa2  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） /F*Y~>*% 1  
R=D]:u<P  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Ma YU%h0  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） ]-=L7a
 
 离轴角决定了截切区域 L.Y3/H_  
=~#mF<z5  
规格：参数概述（12° x 46°光束） 6#=jF[  
z+"tAVB[i  
   %go2tv:|W  
LU
1I `E  
光束整形装置的光路图 ,+=9Rp`md  
*}?[tR5  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 i_Kwxn$  
 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。 zp:dArh0  
>p_W(u@ z$  
反射光束整形系统的3D视图 H;Wrcf2  
!`69.v  
E$d#4x  
/]
0qI  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 YEL0h0gn  
 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）。 nL@'??I1  
uYJS=NGNA  
详述案例 @CprC]X  
MK&,2>m,A  
模拟和结果 -IPo/?}  
wi(Y=?=  
结果：3D系统光线扫描分析 ER0 Yl  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 SSK}'LQ  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 d?,'$$aB  
wQ_4_W  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd c[dSO(=  
:4ryi&Y  
使用参数耦合来设置系统 ~Y 6'sM|  
0w?da~  
自由参数： tKbxC>w
 
 反射镜1后y方向的光束半径 d&AG~,&d|  
 反射镜2后的光束半径 l|CM/(99-  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） DfXkL
OGik  
 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。 z@*E=B1L  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 r- 8Awa  
Sj+H{xJi  
wu <0or2  
_v!7 |&
\  
u3T-U_:jSV  
$?= $F  
自由参数： Tz
@<hE  
 反射镜1后y方向的光束半径 uD\R3cY  
 反射镜2后的光束半径 &@~K8*tmK  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） Cxf K(F  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 0~|0D#klB  
M/3;-g  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 c&['T+X  
v%tjZ5x  
Kb~nC6yJc  
结果：使用GFT+进行光束整形 -@v^. @[Z&  
!:{Qbv&T  
sh/,"b2!P  
@0+\:F  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 .N(R~_  
L+t / E`  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 B=SA +{o  
lhUGo =  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 m&)/>'W  
Xdvd\H=  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 7HkO:/  
eI8o#4nT  
}m:paB"3  
7@ym:6Y+]  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd N,`@
Q7  
X3:1KDVsV  
结果：评估光束参数 Bm~^d7;Cw  
-l[H]BAMXy  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 hY)zKX_r  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 O4rjGTRF  
I4Do$&9<D  
kZ9Gl!g  
 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。 7qC /a c  
 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） snbXAx1L  
e$LC  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd -Jv,#Z3  
Ey@^gHku\  
光束质量优化 2;)IBvK  
:Drf]D(sMX  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 ,Yag! i>;  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 #X(2  
"8QRYV~Z  
结果：光束质量优化 3M#x)cW  
`zoHgn7B9q  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 I:dUHN+@L5  
v.ZUYa|  
5BrN uR$  
 ?K-4T  
 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。） :3F[!y3b  
~/^fdGr  
%!` %21  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd y&\4Wr9m  
rtPo)#t  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 O>E}Lu;|  
[I;C6p  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 |s/)lA:9  
FQek+[ox  
 这意味着参数变化是的正态 6 ;'s9s"  
tY$@,>2v  
m%9Yo%l~  
   `8ob Xb  
 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。 wOH:'sk["  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 rBJ`=oz  
 II'.vp  
(XK,g;RoEn  
6{I7=.V  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run bI.hG32  
SX,$$43  
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） @@ j\OR  
vhMoCLb  
rDl/R^w"  
Boj R"  
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。 oVK?lQ~y  
CUDA<Fm  
总结 [kJ;Uxncz~  
OX,em Ti  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 v:lkvMq|=  
1.模拟 TY/'E#.  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 F=5+JjrX  
2.研究 ;9~YQW@|  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 @de  ZZ  
3.优化 @Ez>?#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。 >QDyG8*  
4.分析 V 2Xv)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 k8G4CFg}wP  
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。 aj|3(2;Kp  
S))B^).0-  
参考文献 :TVo2Zm[@  
[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). $c*fbBM(&n  
z<Z0/a2'1  
进一步阅读 wsdZwik  
E2l"e?AN~  
进一步阅读 ~LI}   
 获得入门视频 Uhu?G0>O  
- 介绍光路图 \[!{tbK`2  
- 介绍参数运行 vJr,lBHEk  
 关于案例的文档 JQLQS  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens Y"ta`+VJ  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens <e&v[  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing _W@sFv%sj  
- 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