首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> FRED,VirtualLab -> 反射光束整形系统 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

infotek 2020-11-17 10:01

反射光束整形系统

光束传输系统(BDS.0005 v1.0) !by\9  ?n  
y?:.;%!E  
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 = f i$}>\  
n(|^SH4$b  
\4#W xZ  
;GI&lpKK  
简述案例
eY\y E"3  
Y<rU#Z#T  
系统详情 4e1Y/ Xq`  
 光源 9K&:V(gmw  
- 强象散VIS激光二极管 :eg4z )  
 元件 {GO#.P"  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) Lxk[;j+  
- 具有高斯振幅调制的光阑 f9\X>zzB2|  
 探测器 e]tDy0@  
- 光线可视化(3D显示) +]50DxflA  
- 波前差探测 [PM4k0YC8  
- 场分布和相位计算 `KQvJjA6  
- 光束参数(M2值,发散角) )Beiu*  
 模拟/设计 u4_9)P`]0  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 yA>nli=  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): #=v~8  
 分析和优化整形光束质量 JLJ;TM'4=  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 f`/x"@~H5  
!YJs]_Wr  
系统说明 ]d%8k}U  
4g7)iL^#~  
=>dGL|  
模拟和设计结果 $j?1g#  
FEVlZ<PW3I  
2[;_d;oB@  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 TuYCR>P[  
e*n@j  
r)6M!_]AW  
FkRo _?  
D1mfm.9_r^  
总结 ?NP1y9Y]i  
_{Hj^}+$  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 +t:0SRSt  
1.模拟 5P$4 =z91  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 vA.MRu#  
2.评估  ^Va1f'g  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。  gRT00  
3.优化 &l[$*<P5V  
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。 a -moI+y  
4.分析 ',4iFuY  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 I,'k>@w{s  
!7&5` q7  
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。 @Pzu^  
9?3&?i2-  
详述案例 :<#nTh_@\'  
4I?^t"  
系统参数 0k(a VkZ I  
BFJnV.0M!  
案例的内容和目标 y Ej^=pw  
g2/8~cn8z  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 t3Y:}%M  
78%~N`x7  
QS]1daMIK<  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 nL.<[]r  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 !o[7wKrXb  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 3gj+%%!G\  
e,XYVWY%  
模拟任务:反射光束整形设置 \A6B,|@  
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。 bB;5s`-  
yD6[\'%  
3fJc 9|  
A:9?ZI/X  
Uwx E<=z  
'D"C4;X  
规格:像散激光光束 RT J3qhY  
c>~*/%+  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 x`IEU*z#  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 8d-t|HkN  
bl(RyA gA  
v(D;PS3r 7  
zeC RK+-  
"E?2xf|.  
tlp@?(u  
规格:柱形抛物面反射镜
@w!PaP  
                         T+k{W6  
 有抛物面曲率的圆柱镜 X~,aNRy  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 r7,t";?>  
 曲率半径等于焦距的两倍 y (pks$  
jc f #6   
T+K):u g  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) )Z?Ym.0/  
9dUravC7  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 :#?5X|Gz  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) ?+a,m# Yx  
 离轴角决定了截切区域 mh[75(  
;^I*J:]  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) O[)kboY  
xJ)n4)  
   //<nr\oP  
Nyj( 0W  
光束整形装置的光路图 in-HUG  
|3[Wa^U5  
hUMf"=q+  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 #c?j\Y9nz  
 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。 aAMVsE{  
QTXt8I  
反射光束整形系统的3D视图 }m;,Q9:+m^  
T7u%^xm  
}$Tl ?BRpU  
{I#]@,  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 Q;JM$a?5iV  
 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)。 Rt!FPoN,y  
d]6#m'U  
详述案例 h*$y[}hDuv  
gPsi  
模拟和结果 Vq?p|wy  
lqZ5?BD1  
结果:3D系统光线扫描分析 Zk"eA'"\  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 &Ao+X=qw  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 r^paD2&}  
&NoS=(s,  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd Y M\ K%rk  
_i|t Y4L  
使用参数耦合来设置系统 ` a/%W4  
HbA kZP  
P5nO78  
自由参数: E5xzy/ZQ  
 反射镜1后y方向的光束半径 1Y@Aixx  
 反射镜2后的光束半径 pDIVZC  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) u!X|A`o5i  
 由于功能原理,所有系统参数(距离,焦距,直径)可以由光束参数分析计算。 h=kh@},  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 ,\ k(x>oy  
/.MN  
FUjl8b-|  
87P>IO  
^T$|J;I  
Dg?70v <a  
`~Zs0  
自由参数: <55 g3>X  
 反射镜1后y方向的光束半径 x+x40!+\  
 反射镜2后的光束半径 pd7NF-KD  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) J/GSceHF  
 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。 O 8u j`G 9  
PuT@}tw  
vbBc}G"w  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 cmg ^J  
Uo>] sNP~  
)3w@]5j  
结果:使用GFT+进行光束整形 4 G-wd  
[[Fx[  
;\Y& ce  
>wBJy4:  
{(wHPzq  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 "zRoU$X  
RUT,Y4 b  
}J1tdko#  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 _/!y)&4"  
;@Z#b8aM}  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 Vq;A>  
<U >>ZSi  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: D-(w_$#  
:Q_<Z@2Y{  
[uls8 "^/j  
oMTf"0EIW  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd c|62jY"$-2  
,@3$X=),E  
结果:评估光束参数 C@W"yYt  
fCtPu08{Z  
RYl>  
 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。 Qj6/[mUr~  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 $8[r9L!  
q**G(}K  
/_Z652@  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 WjwLM2<nK7  
 M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) iN0nw]_*  
ugx%_x6  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd sHl>$Qevz  
P2'DD 3   
光束质量优化 .j>hI="b  
C[Dav&=^F  
,NVsn  
 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。 E7)= `kSl  
 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)。
x61U[/r  
)R  2.  
结果:光束质量优化 MxcFvo*LCp  
Y +\%  
IGFR4+  
 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。 CL}{mEr}  
X>. NFB  
'ao"9-c  
cEd+MCN  
 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。) w MP  
B0!"A  
;~u{56  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd Y.U[wL>  
FH%GIi  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 @b~fIW_3>  
e^Ky<*Y  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 { e5/+W  
F. =Bnw/-  
a~!G%})'a  
 这意味着参数变化是的正态 -,{-bi  
Io|Aj  
2'<[7!  
u=/CRjot  
>ap1"n9k  
 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。 )){9&5,0:  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 U}l14  
^3FE\V/=  
BEgV^\u  
aCxE5$~$  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run  g}U3y'  
l-$uHHyu*  
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) Z@%HvB7  
OOz[-j>'Y+  
0W()lQ   
3#45m+D  
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。 zb Z4|_  
z>06hBv(?Y  
总结 N#_GJSG_|  
T'aec]u  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 r]Ff{la5  
1.模拟 =}:)y0L  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 cFF*Z=L _  
2.研究 lM[XS4/TRa  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 h}Wdh1.M3  
3.优化 zn @N'R/  
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。 ?}Lg)EFH  
4.分析 X*7\lf2  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 `O8b1-1q~  
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。 )I-fU4?  
on7I l  
参考文献 <(e8sNe  
[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). 6k/U3&R  
l@hjP1o  
进一步阅读 M8b4NF_&  
WmQ 01v  
进一步阅读 irZFV  
 获得入门视频 N=)z  
- 介绍光路图 xyE1Gw`V  
- 介绍参数运行 x)_@9ldYv  
 关于案例的文档  X}6#II  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens V8~jf-\$b  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens T=YzJyQC)  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing g3%t8O/M  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair Ij'NC C  
JkA|Qdj~Mr  
.M4IGOvOS  
QQ:2987619807
查看本帖完整版本: [-- 反射光束整形系统 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2025 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计