[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） C9nCSbGMY{  
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 6@=ipPCR  
mC!^`y)  
ePiZHqIsv/  
简述案例 #8a k=lL  
.-.b:gdO(  
系统详情 _*u$U  
 光源 4-W~1  
- 强象散VIS激光二极管 kFQx7m  
 元件 7G 3e  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） QT[4\)  
- 具有高斯振幅调制的光阑 r5PZ=+F  
 探测器 He  LW*  
- 光线可视化（3D显示） {6HgKI  
- 波前差探测 BYb"[qPV  
- 场分布和相位计算 {R5_=MG  
- 光束参数（M2值，发散角） 2:&QBwr+;  
 模拟/设计 -n6e;p]  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 O\}w&BE:h  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： Vu Ey`c  
 分析和优化整形光束质量 w9CX5Fg  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 ]nm(V  
'$q3Ze  
系统说明 uUh6/=y  
,o [FUi(#@  
hCB _g  
模拟和设计结果 cs)R8vuB)z  
nSq$,tk(  
数值探测器结果 *I`Eb7 ^  
gyOAvx  
R{{?wr6b$  
!1`f84
d  
6Bn
}W ?  
总结 zz-X5PFn  
qex::Qf  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 r ['zp=9  
1.模拟 UW-`k1  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 5)p!}hWs  
2.评估 H=*2A!O[_  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Gc<^b  
3.优化 `k3s
l 0z%  
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。 oX?~  
4.分析 gTg[!}_;\N  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 5 $.az  
[m9=e-KS$Q  
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。 2\G[U#~bi  
L}>ts(!q&  
详述案例 "_ON0._(/  
._`?ZJ  
系统参数 &8hW~G>(m  
+(oExp(!  
案例的内容和目标 @EUvx  
&[$t%:`  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 |6
~ Kin  
.wkW<F7  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 jgT *=/GH2  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 2z9N/SyN  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 *r iWrG  
(^^}Ke{J  
模拟任务：反射光束整形设置 D^A#C<Gs  
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。 >;~ia3  
cd)}a_9  
k~qZ^9QB~  
7:wf!\@I  
x24&mWgU  
4JGU`L:~  
规格：像散激光光束 v|2+7N:[;  
EK
zYL#(i  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 /(Ryh
6M  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 # 0/,teJk  
Qz([\Xx:  
DC*6=m_  
r%%<   
x.>[A^  
Q6fPqEX=  
规格：柱形抛物面反射镜 pY(S]i  
                         mlbSs_LT^  
 有抛物面曲率的圆柱镜 v\Zq=,+  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 wQ\bGBks  
 曲率半径等于焦距的两倍 u7bji>j  
'BNZUuUl  
<Sp>uhet1  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） &p.7SPQ8/  
4_o+gG%HaM  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 wK  Je^7  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） \w2X.2b.F  
 离轴角决定了截切区域 B
XLw  
>;k~B  
规格：参数概述（12° x 46°光束）
d6~d)E  
W";Po)YC  
   GD#W=O  

CV*  
光束整形装置的光路图 <}1GYeP  
l#|M.V6G  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 Px?0)^"2  
 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。 2G}@s.iE  
. "`f~s\G  
反射光束整形系统的3D视图 wO"ezQ  
2m2$jp0  
TV(%e4U=  
u1/q8'RW  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 ". wG~H  
 绿线表示生成的光轴，由VirtualLab的基础定位方法生成（仅仅设置了距离z和倾角）。 Hu$JCB-%  
qX*Xo[Xp  
详述案例 ?f=7F %  
CpC6vA.R  
模拟和结果 =<z~OE'lV  
wbh^ZMQ  
结果：3D系统光线扫描分析 FO?I}G22  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 =B ts  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 8iN@n8O  
$kn"S>jV  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd KPdlg.  
h
Pr
E  
使用参数耦合来设置系统 @v n%  
+c\uBrlZQ;  
自由参数： [N1[khY`  
 反射镜1后y方向的光束半径 `}*jjnr"  
 反射镜2后的光束半径 7kQ,D,c'  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） t++\&!F  
 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。 q??N,  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 FSS~E [(DL  
/V!gF+L  
Bt"*a=t;  
.;NoKO7)  
X*rB`M7,  
x DX_s:A  
自由参数： L&qY709  
 反射镜1后y方向的光束半径 o)Nm5g  
 反射镜2后的光束半径 $ 7uxReFZR  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） 9XW[NY#)#  
 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。 Ui;PmwQc&  
K]dX5vJw'  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 ,4kipJ!,yK  
v{TISgZ  
pqxBu  
结果：使用GFT+进行光束整形 5fud:k  
j0IuuJ+  
`pYL/[5  
^HNccr  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 v
X"jL  
v$bR&bCT  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 _@ @"'  
\DRYqLT`  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 vKNxL^x  
v@ OM  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： ~n!7 ?4%U  
u"M^qRhD  
wfc+E9E  
%~YQlN  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ED R*1!d  
i+B
tz-  
结果：评估光束参数 )J!=X`b  
px.]m-  
 从生成的整形光束场分布，可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 8rgNG7d  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 t^@4n&Dg  
HH,G3~EBF  
qVmG"et'J  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 p&,2@(Q  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） `PvGfmYOl  
7(bE;(4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd v0S7 ]?_  
f=*xdOB3  
光束质量优化 N^&T5cAC  
y5bELWA  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 &fWYQ'\>  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 .=-K7.X.)  
LjA>H>8%[  
结果：光束质量优化 B|n<{g[-cM  
e8<[2J)P&  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 gEQevy`T%c  
R^F\2yth-  
WXC}Ie  
NX4}o&mDwn  
 然而，光束半径是略有减少。（光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。） j=,]b6(  
[sH[bmLR  
Uw5`zl  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd /4n:!6rt  
XDi[Iyj  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 1u0NG)*f  
_jCjq   
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 (J^2|9r  
-KG3_kE  
 这意味着参数变化是的正态 27Ve$Q8]v  
U i ~*]  
SRx `m,535  
   
/K]<7  
 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。 Q.G6y,KR  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 sS|N.2*  
&Kgl\;}  
>HXmpu.O  
L'Fy\K\  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run g+98G8R  
"?Cx4<nsM  
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） "m:4e`_dz  
JH0L^p  
&% \`Lwh  
' Z}/3 dp  
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。 "cUCB  
\kGi5G]  
总结 Qm X(s  
~y(-
j[  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ,,>b=r_r&  
1.模拟 " '/$ZpY
 
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ^#4?v^QNh  
2.研究 -v(.]`Wo&;  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 l;dZJ_Ut$  
3.优化 NN9`jP2  
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。 R2af>R  
4.分析 fscAG\>8  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 @*gm\sU4  
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。 a9GLFA8Vq  
Z)zWfv}  
参考文献 %?3\gFvBo  
[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). N}3$1=@Y  
|E)Es!dr  
进一步阅读 Ppzd.=E  
^c{,QS{  
进一步阅读
xED`8PCfu  
 获得入门视频 zW_V)UNe  
- 介绍光路图 {g>k-.  
- 介绍参数运行 {<HL}m@kQ  
 关于案例的文档 t1)b26;  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens Jn>7MuG  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens >k?/'R  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing btK| U  
- 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