[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） gUp0RPs  
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 Oq5k4  
F?B=:8,}  
yKJ^hv"#  
简述案例 B^9 #X5!  
i'<1xd(`  
系统详情 qZh~Ay6I  
 光源 9x!y.gx  
- 强象散VIS激光二极管 keOW{:^i  
 元件 '_)tR;s  
- 光束准直和整形的反射元件（例如圆柱抛物面镜） `vw.~OBl  
- 具有高斯振幅调制的光阑 V*}zwms6  
 探测器 7%"7Rb^@  
- 光线可视化（3D显示） _u$K Lqt/,  
- 波前差探测 z3]U%y(,  
- 场分布和相位计算 
v%5(-  
- 光束参数（M2值，发散角） k6BgY|0gC  
 模拟/设计 #EUgb7  
- 光线追迹（Ray Tracing:）：基本系统预览和波前差计算 :(Bi{cw  
- 几何场追迹+和经典场追迹（Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing）： z7C1&bGe  
 分析和优化整形光束质量 )v~]lk,
o  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 L:-lqag!  
b`zf&Mn  
系统说明 @g~sgE}#  
Ziimz}WHF  
@k<~`S~|  
模拟和设计结果 sjm79/  
H%]ch6C  
数值探测器结果 98^6{p  
<
>s\tJ  
MFuI&u!g:  
6l'y  
UI C? S  
总结 8 -A7  
$:!T/*p*  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 bl_WN|SQ  
1.模拟 PBtU4)  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 NCt sx /C  
2.评估 yan[{h]EZ  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 @~3c"q;i7  
3.优化 y>|XpImZ  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 -FV'%X$i  
4.分析 T0%TeFY  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 lVtn$frp  
/g'-*:a  
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。 r:4IKuTR  
;bX ~4O&v+  
详述案例 pIiED9  
N'P,QiR,z<  
系统参数 a<TL&  
yX3H&F
6  
案例的内容和目标 DAHf&/JK  
'hw@l>1\9  
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^;S}<pxW  
@;D}=
$x  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 -Jo :+

].  
 之后，研究并优化整形光束的质量。 &xroms"S=  
 另外，探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 9Pk3}f)a  
5dw@g4N %^  
模拟任务：反射光束整形设置 ZM`P~N1?)g  
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。 IA#*T`  
+WN>9V0H  
~PW}sN6ppG  

7u5\#|yL  
zy6(S_j  
9w;J7jgOT!  
规格：像散激光光束 {JCz^0DV  
p6*a1^lU6  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 gzCMJ<3!D  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 Ty0T7D  
m_02"'  
Dh(T)yc  
1idjX"'  
>"g<-!p@  
wU)5Evp[  
规格：柱形抛物面反射镜 &9w%n  
                         L_1_y, 0N  
 有抛物面曲率的圆柱镜 Jo aDX ,  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 R|J>8AL}BY  
 曲率半径等于焦距的两倍 *r,&@UB  
6Y_O^f  
roj04
|  
规格：离轴抛物面圆柱镜（楔型） ,x"yZ  
yb{{ z@  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 *RbOQ86vP  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜（楔型） vs])%l%t  
 离轴角决定了截切区域 p/WH#4Xdr  
LF)a"Sh  
规格：参数概述（12° x 46°光束） @W\4UX3dK  
+}XL>=-5  
   {&}/p-S  
P[I*%  
光束整形装置的光路图 Z++Z@J"  
@S"pJeP/f  
 由于VirtualLab的相对坐标系统，则仅需设置z方向的距离。 pG F5aF7T  
 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。 w^rb|mKo  
5Jhbf2-  
反射光束整形系统的3D视图 R(?<97  
_E1]cbIo  
lc3S|4  
W^d4/]  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 B#k3"vk#  
 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）。 5 2@udp  
ZA_zKJ[[7  
详述案例 AJ?}Hel[0  
jQxPOl$-  
模拟和结果 ()nKug`.@  
VU`z|nBW@  
结果：3D系统光线扫描分析 4)odFq:  
 首先，应用光线追迹研究光通过光学系统。 eN|HJ=  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 k99gjL`  
9!xD~(Kr  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd H#|Z8^ *Ds  
uH ny ]  
使用参数耦合来设置系统 I`"-$99|t1  
Ku0H?qft(  
自由参数： 3Zaq#uA  
 反射镜1后y方向的光束半径 /nY).lSH  
 反射镜2后的光束半径 i{|lsd(+  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） +Y5(
h
jE  
 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。 $d2kHT  
 对于此计算，应用了嵌入的参数耦合功能。 gY>;|),  
}c35FM,  
18O@ 1M  
z{`6#  
?
@lx  
j(Fa=pi  
自由参数： d DIQ+/mmg  
 反射镜1后y方向的光束半径 4/HY[FT  
 反射镜2后的光束半径 |.Nr.4Yp  
 视场角，这决定了离轴取向（这些值保存为全局变量） =GH@.3`X  
 基于光束发散角和直径（x和y方向）焦点，可以计算并设置反射镜的直径和距离z。 Ox7uG{t$#  
-}_cO|kk  
 如果这个例子评估20个参数，那么返回到光路图（LPD）。 o<D3Y95b  
;w+:8<mM}a  
nszpG1U:  
结果：使用GFT+进行光束整形 P1 7>6)a  
QIij
>!c4  
:cXIO  
$ DDSN  
 现在，利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 d s|8lz,  
i!S
W?\  
 由于离轴设置，光线分布显示出轻微的不对称形状。 & %N(kyp  
B@cJ
\  
 不过，场分布几乎是对称的（最好是使用伪色（false colors））。 IwTr'}XIw  
m\*&2Na  
 产生的相位是完全平坦的，产生的波前误差： 6P%<[Z  
lFiq<3Nk  
;f".'9 l^
 
< 72s7*Rv  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd F* 3G_V  
'^Pq(b~  
结果：评估光束参数 wUru1_zjO  
 &7L~PZ  
 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。 $:f
.Krj  
 在这个例子中，我们对光束半径，发散角和M2值感兴趣。 ov\Ct%]  
&Q'\
WA'  
@DfkGm[%  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 ; @
7  
 M2值明显高于1。（与理想高斯光束相比，高M2值是由光束偏离引起的） 4r_!>['`"  
\3%W_vU_  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ZhGh{D[,  
tv 4s12&  
光束质量优化 I$aXnd6)  
Q?* nuE  
 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。 u{g]gA8s  
 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）。 *TJBPM,  
5"1!p3`\D{  
结果：光束质量优化 `xISkW4%  
I`/]
@BdgY  
 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。 4]"a;(  
i'Y-V]->  
E=;BI">.  
E/:+@'(k  
 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。） nHI(V-E2:H  
tegOT]|  
CHPL>'NJzc  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd bHO7*E  
fkW3~b  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 Ezi' 2S
c  
~J%R-{U9  
 对于公差，在随机模式下我们使用参数运行特性。 rQ=xcn[A  
G{F6  
 这意味着参数变化是的正态 M{*kB2jr  
lN);~|IOv7  
:_MP'0QP  
   9TqnzD  
 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。 j'k8^*M6  
这意味着，波前对对齐误差很敏感。 /pO{2[  
ov1Wr#s  
NV:>a  
HvAE,0N  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run M,&tA1CH  
`f%&<,i  
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） cL?\^K)  
d?JAUbqy  
!K!)S^^Po?  
MO[c0n%  
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。 et@">D%;]  
s;s0}Td_1  
总结 *:?QB8YJ  
}bZ 8-v  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 +IvNyj|  
1.模拟 |B 9t-  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 pV8[l)J  
2.研究 7kdeYr~<1  
为了计算场分布和评价光束参数，应用几何场追迹+（GFT+）引擎。 ,cLH
*@  
3.优化 7@JjjV  
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。 >Q&CgGpW$  
4.分析 `a-Bji?  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 wc"9A~  
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。 `q^(SM  
 64SW  
参考文献 PVhik@Yoh  
[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). '[%jjUU  
D2{L=  
进一步阅读 cxgE\4_u"  
 1y7y0V  
进一步阅读 TFo}\B7  
 获得入门视频 S,XKW(5  
- 介绍光路图 U4=]#=R~o  
- 介绍参数运行 2bkJ /u`i  
 关于案例的文档 k<!<<,Z  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens iZC>)&ax  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens F9%,MSt  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing 7vw;Egd@@-  
- 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