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infotek 2020-11-17 10:01

反射光束整形系统

光束传输系统(BDS.0005 v1.0) Ve}[XqdS^p  
~2@Lx3t$  
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 #E DEYEW7  
`5q ;ssu  
{T=52h=e  
R_^/,^1  
简述案例
Ytao"R/  
44\cI]!{  
系统详情 /.Fj.6U5  
 光源 +L0w;wT  
- 强象散VIS激光二极管 ]ab#q=  
 元件 3uV4/% U  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) 2?W7I/F  
- 具有高斯振幅调制的光阑 |Y},V_@d  
 探测器 ySe$4deJ  
- 光线可视化(3D显示) o:"anHs  
- 波前差探测 j(eFoZz,  
- 场分布和相位计算 D'b#,a;V  
- 光束参数(M2值,发散角) PFM' & ;V  
 模拟/设计 _OMpIdY,R*  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 .$&Q[r3Lu  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): `pL^}_>|GM  
 分析和优化整形光束质量 7AwgJb hn  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 )}MHx`KT2  
/*$hx@ih  
系统说明 BQ/PGY>  
5|I55CTx  
t{dSX?<nt  
模拟和设计结果 QJn`WSw$_-  
EHn"n"Y  
bc I']WgB-  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 =8Ehrlq  
+ H_WlYg-  
?kTWpXx"=  
CSTI?A"P  
9zBMlc$X  
总结 ;`dh fcU  
C [uOReo  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 g&Vcg`  
1.模拟 _:g&,2bc  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 k |YWOy@D~  
2.评估 vUA0FoOp  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 V Z y4_v=  
3.优化 m ee$"Y  
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。 l@JSK ;  
4.分析 ytz SAbj  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 *\uM.m0$  
ememce,Np  
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。 &a,OfSz  
A"v{~  
详述案例 %JZZ%xc  
/) 4GSC}Gg  
系统参数 |X19fgk  
*sw7niw  
案例的内容和目标 S4^N^lQ]  
23!;}zHp  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 X2|Y  
nH|,T%  
uC3:7  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Z8#Gwyinx  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 \2 y5_;O  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 FQz?3w&ia  
X-LA}YH=tS  
模拟任务:反射光束整形设置 `d]IX^;  
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。 V/d/L3p  
>EsziRm  
fBn"kr;  
hU]HTX'R  
lbdTQ6R  
+!IQj0&'Y3  
规格:像散激光光束 }A=y=+4 j  
I){\0vb@  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 v1JS~uDz  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 a]Eg!Q  
z4#(Ze@u~_  
LQ11ba  
'_\;jFAM  
"\W-f  
)4>2IQ  
规格:柱形抛物面反射镜
K,'*Dz  
                         b-U eIjX  
 有抛物面曲率的圆柱镜 [H<bh%  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 1=sXdcy;  
 曲率半径等于焦距的两倍 KlV:L 4a~  
%3q0(Xl  
mR\`DltoV  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) 1OLqL  
RO;Bl:x4  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 =*qD4qYA  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) v~3B:k:?l  
 离轴角决定了截切区域 vu!d)Fy  
tM-^<V&  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) 9SlNq05G7  
j*"3t^|-  
   Aa0b6?Jm  
A[IL H_w  
光束整形装置的光路图 R[z`:1lo  
4(}J.-B  
W?yd#j  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 ^-mRP\5  
 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。 )VL96did  
dkgSvi :!  
反射光束整形系统的3D视图 g4`Kp; }&'  
Djk C  
0]QRsVz+  
%75xr9yOP  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 b2 _Yu^  
 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)。 nJ4@I7Sk;  
Ol"3a|  
详述案例 ZyOv.,y  
7Dnp'*H  
模拟和结果 &l$Q^g  
J q{7R  
结果:3D系统光线扫描分析 x!\ONF5$  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 o"wXIHUmV  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 *  tCS  
08X_}97#WF  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5@*'2rO&!  
]E  =Iu  
使用参数耦合来设置系统 hA\K</h.  
G} eUL|S  
x^Yl*iq  
自由参数: Y(cN}44  
 反射镜1后y方向的光束半径 ^c~)/F/cF  
 反射镜2后的光束半径 &//wSlL3  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) tiN?/  
 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。 =@TQ>Qw%b  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 GgaTn!mJt  
< >UPD02  
8/)qTUx:  
;8!Z5H  
eh,~^x5  
ARcv;H 5  
G:x*BH+  
自由参数: \!]Ua.e<  
 反射镜1后y方向的光束半径 %|G"-%_E  
 反射镜2后的光束半径 >]o}}KF?  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) M#|dIbns H  
 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。 +[SgO}sF  
)%!XSsY.N|  
Sa19q.~%  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 xBu1Ak8w  
uEc<}pV  
L[5=h  
结果:使用GFT+进行光束整形 <~ JO s2  
2Z20E$Cb  
099sN"kf  
[AV4m   
8kP3+  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 EUsI%p  
s;UH]  
~ %B<  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 r\nx=  
;[RZ0Uy=  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 yV)la@c  
%e*@CbO$  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: 8w({\=  
pm{|?R  
\M'-O YH_[  
\.mI  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd pLv$\ MiZ  
p&VU0[LIC0  
结果:评估光束参数 Gycm,Cy  
QRLt9L  
$ cj>2.   
 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。 Z$J#|  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 XD"_Iq!  
9W5onn  
o:V|:*1Q  
 整形光束在x和y方向上显示了一个几乎相同的半径。 发散角大约是4urad。 |p$spQ  
 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) qC'{;ko  
wgd/(8d  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd ax 41N25  
\c^45<G2qA  
光束质量优化 eW|^tH  
IKie1!ZU{"  
^k<o T'89  
 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。 %,ngRYxT#  
 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)。
UwC=1g U  
G9JAcO1  
结果:光束质量优化 svXR<7) #  
7 I>G{  
h;3cd0  
 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。 %c[V  
KN-avu_Ix  
;NlWb =  
z2Z^~, i  
 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。) }<'5 z qS  
[V:\\$  
tnLAJ+ -M  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ^wS5>lf7p  
{/pm<k=  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 =N 5z@;!  
yv)ux:P&+  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 Ao/ jt<  
-kbg\,PW  
@Vu(XG  
 这意味着参数变化是的正态 8mQmi`  
bu51$s?B  
jbR0%X2  
r;m)nRu  
n9s iX  
 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。 >$2V%};  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 V%Sy"IG  
VWO9=A*Y|  
xC tmXo  
U)3DQ6T99  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 'MY/*k7:  
xp Og8u5  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) _2N$LLbg  
Bp@v,)8*  
5ms""LD/  
85GKymz$P  
由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 4Fm90O  
Zv#Ll@v  
总结 q/n,,!  
\_B[{e7z  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 PiA0]>  
1.模拟 {P*m;a`}  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 i'\T R|qd  
2.研究 `hb%+-lj+  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 __.+s32SS$  
3.优化 !o$!Frc  
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。 p}cw{  
4.分析 %HJK;   
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 ^yOZArc'r  
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。 Q1+dCCY#F  
71\xCSI1w&  
参考文献 AnT3M.>ek  
[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 *)NLp  
KVJ_E!i  
进一步阅读 /E\%>wv  
r-<F5<H+K@  
进一步阅读 LGtIm7  
 获得入门视频 Y0X-Zqk'  
- 介绍光路图 ?Ec7" hK  
- 介绍参数运行 rOVVL%@QqJ  
 关于案例的文档 hvaSH69*m  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens ukUGvK  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens @mfEKU!  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing )+6MK(<"  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair F|!){=   
LEtG|3Dx  
ctGL-kp  
QQ:2987619807
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