[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） dF~8XYo  
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 '`Wwt.
A  
56Vb+0J'  
uSR~@Lj ~  
简述案例 (S v~2  
w/IZDMBf|  
系统详情 XZ5 /=z  
 光源 wX*K]VMn  
- 强象散VIS激光二极管 MXyaE~LK  
 元件 }@^4,FKJ  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） Q"7Gy<  
- 具有高斯振幅调制的光阑 ?Sb8@S&J  
 探测器 ? mhs$g>  
- 光线可视化（3D显示） o#hjvg  
- 波前差探测 d%0~c'D8a  
- 场分布和相位计算 vC5n
[0  
- 光束参数（M2值，发散角） shMSN]S_x  
 模拟/设计 !Lh^oPT"I  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 @
G4X  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： <3j"&i]Tm*  
 分析和优化整形光束质量 8zBWIi  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 wGZR31  
"$}
vP<SM  
系统说明 >|Cw\^  
STJJU]H  
>X51$wBL  
模拟和设计结果 WsDM{1c  
2 6>ZW4Z  
数值探测器结果 %~QO8q_7  
7YAIA%8  
MG?0>^F  
Rd>B0;4  
k}#;Uy=5  
总结 R9!Uo  
_fwb!T}$  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 ~%2pp~1K  
1.模拟 -!\fpl{  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 {Ixg2=E\  
2.评估 wm+})SOX9  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 G5FaYL.7  
3.优化 E.iSWAJ(w  
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。 mP(kcMT"  
4.分析 8L1oh
j  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 U bYEEY#  
-uH#VP{0M  
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+Td-\IMk  
d O~O |Xsb  
详述案例 \))=
gu)I  
. ]8E7  
系统参数 wlPx,UqZ  
leCVK.  
案例的内容和目标 ^Eo=W/   
Cz8f1suO4  
在BDS.0001，BDS.0002，BDS.0003和BDS.0004案例中，研究了折射光束传输系统。 c~o+WI Ym  
rP(eva  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 nL?oTze*p  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 kHv[H]+v  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 P%MfCpyj  
,2]X}&{i  
模拟任务：反射光束整形设置 [>|FB'  
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。 4R8G&8b  
_qWliw:0#  
v~/~@jv  
28OWNS M=  
D\H/
  
,]5Ic.};p  
规格：像散激光光束 zT ZVehEe  
>5 b/or  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 {>bW>RO)  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 =\{\g7  
pDhse2  
"EV!>^Z  
$M:3XAN  
6q>+!kXh  
y3<Y?M4  
规格：柱形抛物面反射镜 .O0O-VD+a  
                         A!63p$VT;  
 有抛物面曲率的圆柱镜 b|5w]<?'  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 U,Mx@KdV  
 曲率半径等于焦距的两倍 Bg8#qv  
ejXMKPE;  
aTzDew  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ~l~Tk6EM  
[\Qr. 2  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 HvxJj+X9  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） g-vg6@6  
 离轴角决定了截切区域 C}5M;|%3)  
~np,_yI  
规格：参数概述（12° x 46°光束） a8AYcEb  
u z\0cX_  
   Yct5V,X^  
n,O5".aa<  
光束整形装置的光路图 4ujvD^  
jKIc09H|  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 @uH#qg7  
 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。 W9zE{)Sc~  
c6Q(Ygc  
反射光束整形系统的3D视图 >\A8#@1  
H0"=Vs,n  
s0hBbL0DH  
/( 6|{B  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 +'
oX  
 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）。 M*pRv  
fMf&?`V  
详述案例 P6U%=xaC  
[XlB<P=|>  
模拟和结果 TQ9D68 ,  
YH:8<O,{-  
结果：3D系统光线扫描分析 k6\^p;!Y  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 ]|:uU  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 )fU(AXSP  
"?.~/@  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 9j|gdfb%ml  
Cpx+qQt0  
使用参数耦合来设置系统 q\9d6u=Gm  
4-v6=gz.  
自由参数： R UTnc  
 反射镜1后y方向的光束半径 
1q.(69M  
 反射镜2后的光束半径 J0220 _  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +K6szGP  
 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。 F#+.>!  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 ,R wfp=*E  
w>~M}Ahj  
uL?vG6% ^1  
YTyX`Y#  
%3Bpn=k>  
k<4P6?  
自由参数： KhM.T
c  
 反射镜1后y方向的光束半径 J^3H7 ]  
 反射镜2后的光束半径 `EMi0hm&H  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） V{Q kN7-  
 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。 %c6E-4b  
M1u{A^d.Z  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 fUcLf
nr  
);}t&}  
4Nmea-!*  
结果：使用GFT+进行光束整形 -fIc
4u[  
h{]#ag5`  
!0fI"3P@r  
ehOs9b  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 XizPMN5a  
kR6A3?[  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 [!?wyv3  
QB1M3b  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。  H+cNX\,  
qa!RH]B3  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 4#
Eul  
MD'>jO;n  
6[==BbZ  
9qH[o?]
 
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd FDLd&4Ex  
Y%IJ8P^Y  
结果：评估光束参数 #/WAzYt{  
(K!4Kp^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。 NJ$e6$g)  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 cgyo_ k  
$A?}a  
T"W9YpZ  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 Bxv8RB  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） |U=(b,  
6ojo##j  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 6q%ed UED  
Fp:3#Bh  
光束质量优化 #?m{YT{P  
0>Fqx{!heq  
 通常，使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此，我们使用测量的半径作为腰束半径（消除发散角）来生成一个高斯光束。 sx-F8:Qa  
 之后，将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑（在一个透射函数元件中）。 |s`Kd-'|q  
/J;]u3e|  
结果：光束质量优化 H7jTQW0rp5  
.;slrg(5F  
 由于通过高斯孔径传播，光束显示出理想高斯形状。 因此，M2值在两个方向上几乎都是1。 ~V$ f#X  
OROqT~6G  
'4
9L(>.  
#>q[oie1e  
 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。） X,Zd=
 
0P9Wy
!f7  
Opry`}5h  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd E$T(Qu<-  
DR{]sG  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 5&qY3@I7l  
[|
<EDR  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 {]M>Y%j48  
B"[{]GP BY  
 这意味着参数变化是的正态 :A*0]X;  
FF@`+T  
cUC17z2D  
   =kO@Gk?  
 对于这个例子，假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差（绝对的方向）。 由于这个偏差，整形光束的波前差明显增加。 X X&K=<,Ja  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 acP ;(t  
"GLYyC  
M8Juykw  
?'f^X$aS  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run >D3zV.R  
@tQ2E}psP,  
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） *2#FRA#q  
'^B3pR:  
:}y| 4*z  
CLktNR(45  
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。 {]@Q
u"M  
kdd7Xbw-  
总结 sZEgsrJh  
^#7viZ*  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 {DS\!0T-X  
1.模拟 voH4  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 ,W8au"  
2.研究 ,0.|P`|w  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 PAr|1i)mB  
3.优化 HIrEv  
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。 taixBNv  
4.分析 Q_v\1"c  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 B%y! aQep  
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。 h^v9|~ZJ'7  
:SQLfOQ  
参考文献 w. vY
(s  
[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). V-:`+&S{^  
#B\B(y  
进一步阅读 9
yDFHz w  
SCI1bMf  
进一步阅读 7Qt2gf  
 获得入门视频 1=i
p,D  
- 介绍光路图 < )Alb\Z  
- 介绍参数运行 .oEFX8  
 关于案例的文档 B'!PJj  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens OAY8,C=M  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens 8 `o{b"l+  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing z6Fun  
- 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