infotek |
2020-11-17 10:01 |
反射光束整形系统
光束传输系统(BDS.0005 v1.0) y.6Yl**l 1UwpLd 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 g{U?Y" M,R**z {Rv0@)P$ A4mnm6Tf 简述案例 OngUZMgdb q
qFN4AO 系统详情 V-N`R-FSr 光源 B']}n`g
- 强象散VIS激光二极管 3yXSv1 元件 DQ{"6- - 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) i\yp(tE%^ - 具有高斯振幅调制的光阑 TEEt]R-y 探测器 H2iC? cSR - 光线可视化(3D显示) U~l.%mui - 波前差探测 C
U 8s* - 场分布和相位计算 _C&XwCIm - 光束参数(M2值,发散角) Tz<@k 模拟/设计 *_,: &Ur - 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 P6~&,a - 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 8_h:_7e 分析和优化整形光束质量 0V!@*Z 元件方向的蒙特卡洛公差分析 "NOll:5"( f$I$A(0P 系统说明 F./$nwb <3WaFi u
tg#d.( 模拟和设计结果 e{k)]]J K[s!3.u
$:!L38[7$ 场(强度)分布 优化后 数值探测器结果 %&\DCAFk j@778fvM\t
gg+!e#-X
r(i!". Z d:GAa 总结 t}m"rMbt _fmOTz G 实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 me`|i- 1.模拟 =Dc9|WuHN 使用光线追迹验证反射光束整形装置。 =+>^:3cCQ 2.评估 1_RN*M+# 应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 hutdw> 3.优化 %YV3-W8S0 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。 nZP%Z=p7 4.分析 <v+M ~"%V 通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 daN#6e4Z+; whb,2=gIE 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。 <cNg_ZZ;8 +~l`rJ 详述案例 a0*qK)gH ~9h/{$ 系统参数 yIG* D4;6}gRC 案例的内容和目标 5nh:S0M6V OdHl)"# 在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 wfY]J0l j`LvS
u.R 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 /aX#j`PrH 之后,研究并优化整形光束的质量。 u(b Pdf@kz 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 <rAWu\d; YdiXj |k+ 模拟任务:反射光束整形设置 0{zA6Xu 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。 X0+M|8: d`ESe'j:
` 8OA:4). 01AzM)U3"m
lgei<\6~n5 a]nyZdt` 规格:像散激光光束 M-+pYv#&P ;y%C\YB# 由激光二极管发出的强像散高斯光束 x39n7+j4 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 -Ka0B={Z u[yUUYe
p&<X&D 6z>Zm1h
.X(*mmH o])2_e5 规格:柱形抛物面反射镜 7\p<k/TS @o6^" 有抛物面曲率的圆柱镜 7.DAwx.HYK 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 3t^r;b 曲率半径等于焦距的两倍 a eo/4 ({l !'>? T.R( 规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) Tx!c} '@Q
aeFm 对称抛物面镜区域用于光束的准直 8 ?+t+m[ 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) +w'{I`QIL0 离轴角决定了截切区域 DGllJ_/Z ]&kzIxh 规格:参数概述(12° x 46°光束) M.QXwIT ]/C1pG*o
h=Xr J U3zwC5}BN 光束整形装置的光路图 $xU5vCwAo )$ +5imi
i'}Z>g5D 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 8LouCv(> 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。 T-L;iH~0 ?[K\X 反射光束整形系统的3D视图 q>X%MN y }\oy?_8~
V/jEMJNks K[(h2& 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 3#@ETt0X( 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)。 zXH CP.Rmg D{!NTr 详述案例 @'yD(ZMAz b-x,`s 模拟和结果 BEv>?T
0
l'2a?1/q 结果:3D系统光线扫描分析 YLfZ;W|6u 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 e2v[ma- 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 7TC=$y , }FTyRHD| file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd oKJj?%dHK9 ^BruRgc+ 使用参数耦合来设置系统 U_UX *
5r:SBt|/ aiKZ$KLC 自由参数: Rj|8lK;, 反射镜1后y方向的光束半径 @qfVt 反射镜2后的光束半径 %-6I 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) ZMHb 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。 s C9j73vf 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 ,\|W,N}~ l(T CF
CjtXU=}A pOCLyM9c L{)e1 p]q
>HUU`= SC A&2 )iQ 自由参数: z~/z>_y$nv 反射镜1后y方向的光束半径 \V|\u= @H 反射镜2后的光束半径 %s;#epP$ 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) 8gv\` 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。 E0<9NFQr7 -|MeC LsnM5GU7 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 HXTBxh 99@uU[&IJ wjF/c 结果:使用GFT+进行光束整形 #cqia0.H d7y`AS@q6
a{7>7%[ %&+j(?9 #ra~Yb-F 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 eU"!X9 :h
tOz. !_VKJZuH 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 a a=GW% &+\J "V8 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 YK/?~p9: JpEE'#r| 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: OAMsqeWYA nk,X6o9%
P {x`eD0 /R&!92I0* file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd /vi>@a aU,Zjm7fp 结果:评估光束参数 K14e"w%6rs %nQii?1`i I
@TR| 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。 2r2qZ#I} 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 ab!,)^
G[1:<Vg8 6fhH)]0 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。 V,<3uQD9a 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) WG8}}`F| P08=? file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd "d60IM#N? =EI>@Y" 光束质量优化 $<.\,wW*'w :?%$={m =m.Lw 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。 rmS.$h@7 m 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)。 oa(R,{_*q A*jU&3# 结果:光束质量优化 {<{
O!
CM+Nm(|\, _FXvJ}~m 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。 ;uj&j1 .}n%gc~A
F.2<G.9 _ KBN 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。) 4}@J]_]Z "c8
-xG
=e2|:Ba!
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd '\8gY((7 h+)XLs 反射镜方向的蒙特卡洛公差 R57>z`; egMl(~D 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。
C7#ji"t r(;sX f%fD>a 这意味着参数变化是的正态 lXH?* ?.tnaE
e 4- P_S^)Yo HBHDu;u 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。 $+CKy> 这意味着,波前对对齐误差很敏感。 %M8m 8
) M0Y#=u.
>yk@t&j, 86pujXjc' file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run d:C|laZHn O@*^2, 6 第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) RCM;k;@8V 2d),*Cvf
T1,Nb>gBq^ P2la/jN 由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 h9<*+T SU>2MT^ 总结 7i-G5%w7 Kvx~2ZMx6 实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 []^fb,5a 1.模拟 }7?n\I+n" 通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 \ZNUt$\ 2.研究 @">^2 为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 Y:f"Zx 3.优化 9)P-< 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。 e_U1}{=t 4.分析 i7rO5< 通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 l9Xz,H 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。 R( 2,1f=d vndD#/lXq 参考文献 py\KY R [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).
h{ xq :Vdo.uUa 进一步阅读 tUOqF N{b;kiZq 进一步阅读 =:neGqd\_E 获得入门视频 .VD:FFkW - 介绍光路图 %?2:1o - 介绍参数运行 E4}MU}C#[ 关于案例的文档 `^d [$IbDW - BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens {3)^$F=T - BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens JWB3;,S - BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing -_`dA^ - BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair oGIh:n7 q+ IA6,P>}N 62s0$vw QQ:2987619807
|
|