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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) i3 js'?7E  
4W>DW`{  
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 O!Ue0\1Kj0  
m]DP{-s4  
uz8eS'8  
u/tJ])~@  
简述案例
yK{P%oh)  
mpYBMSLM  
系统详情 S(=@2A+;  
 光源 cJSNV*<  
- 强象散VIS激光二极管 ( %sf wv  
 元件 B~o3Z  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) jHq+/\  
- 具有高斯振幅调制的光阑 *42KLns  
 探测器 CQ!D{o=  
- 光线可视化(3D显示) ;)rhx`"n  
- 波前差探测 HtN: v  
- 场分布和相位计算 /8Lb_QH{  
- 光束参数(M2值,发散角) 0,0WdJAe  
 模拟/设计 Xp;'Wa"@  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 :{w3l O  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): 0yjYjIk"T  
 分析和优化整形光束质量 #8d#Jw  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 '(lsJY[-x  
? ~ybFrc  
系统说明 Q*1Avy6]  
#cR5k@  
",YNphjAn  
模拟和设计结果 ZV Ko$q:F  
(ht"wY#T<(  
SP0ueAa}  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 aaVq>$G 3  
i (rYc  
5P*jGOg.  
YloE4PAY7  
aeMj4|{\  
总结 , -])[u  
:|l0x a  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 dsEvpa$?  
1.模拟 <a CzB7x  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 7\dt<VV  
2.评估 w_@6!zm  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 *`s*l+0b  
3.优化 :CM2kh"Iu  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 ^g'uR@uU  
4.分析 }2=~7&)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 tm;\m!^X{  
kH06Cb  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 j;Z hI y  
%PVu>^  
详述案例 1\TkI=N3  
HELTL$j,b  
系统参数 s$^ 2Cuhv  
(>Sy,  
案例的内容和目标 T+V:vuK  
_Wp, z`  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 8yr-X!eF  
L#Ve [  
\KEmfCx'n  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 q:_-#u  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 %AMF6l[  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 AfW:'>2  
j97c@  
模拟任务:反射光束整形设置 (!ud"A|ab4  
引入的反射光束整形装置是基于一个反射镜系统,此系统由两个抛物面圆柱反射镜镜与抛物面截面反射镜组成。焦点距离和镜子的位置取决于输入光束的发散角。 p=Q o92 NH  
+SFo2Wdr43  
<SRSJJR|(  
wh]v{Fi'  
5Shc$Awc!  
\a:-xwUu<  
规格:像散激光光束 o>M&C X+j$  
e ~G IUwJ  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 ZYl*-i&~?  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 r^d:Po  
~\R+p~>  
*xKY>E+  
bmC{d  
c5Hm94, p  
cT JG1'm  
规格:柱形抛物面反射镜
U,9=&"e b  
                         ds+0y;vc  
 有抛物面曲率的圆柱镜 :as2fO$?  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 j W|M)[KJN  
 曲率半径等于焦距的两倍 \T!tUd  
cj3P]2B#  
0bIhP,4&  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) M-f; ,>  
u_)'}  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 6$+F5T  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) !uHVg(}  
 离轴角决定了截切区域 DTV"~>@  
1`&"U[{  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) sU?%"q  
7OZjLD{ID  
   _AVP1  
P_c9v/  
光束整形装置的光路图 4q^'MZm1  
[%6"UH r  
LT '2446  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 p?sC</R  
 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。 &14Er,K  
AtlUxFX0S  
反射光束整形系统的3D视图 a^GJR]] {  
4}HY= 0Um  
#ruL+- 8!<  
$~.'Tnk)  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 "PY&NL?  
 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)。 [,ns/*f3R  
$> PV6  
详述案例 PeB7Q=d)K1  
g~$cnU  
模拟和结果 h>'Mh;+  
-Fs<{^E3j  
结果:3D系统光线扫描分析 DlbNW& V  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 0=KyupwXC  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 w+3-j  
*U^7MU0  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 5"9!kZ(<  
2_Otv2  
使用参数耦合来设置系统 OAZ5I)D>  
.~dNzonq  
7^Q4?(A  
自由参数: ":N E I  
 反射镜1后y方向的光束半径 pbePxOG  
 反射镜2后的光束半径 x.~AvJ  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) hE>%LcP  
 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。 a@V`EEZ  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 rOd~sa-H  
N3g\X  
P+nd?:cz  
j UCrj'  
u3ns-e  
aoVfvz2Y  
VsM~$ )  
自由参数: 'l*p!=  
 反射镜1后y方向的光束半径 u =%1%p,  
 反射镜2后的光束半径 a"&Gs/QKSC  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) [ GqQ6\  
 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。 NvqIYW  
}grel5lq  
)Cfk/OnRd  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 P4S]bPIp  
-kz9KGkPb+  
1iTI8h&[@  
结果:使用GFT+进行光束整形 CDU$Gi  
vhOX1'  
6<h ==I   
OkaN VTB  
rsgTd\b  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 /I/gbmc)  
~dc~<hK  
J-wF2*0r<  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 )UgLs|G~  
?(d<n   
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 AeN$AqQd/  
c Y(2}Ay  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: :sL?jGk\  
78fFAN`  
Q' qz(G0  
Hlj_oDL  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 84eqT[I'  
[DzZ:8  
结果:评估光束参数 M4`. [P4  
+<1MY'>y  
$zUHka   
 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。 r(VznKSx  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 |`,AA a  
O4.`N?Xq  
g`9`/  
 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。 g#/"3P2 H  
 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) AkE(I16Uy~  
zo>@"uH4  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd g<(\#F}/  
U1^3 &N8  
光束质量优化 f\U(7)2  
M!)~h<YL  
"vL,c]D  
 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。 1HS43!  
 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)。
o;5ns  
\\UOpl  
结果:光束质量优化 0Mu6R=s  
h1AZ+9  
ly~tB LH}  
 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。 x=%wP VJ  
O.Xhi+  
NA;OT7X[  
u]uZc~T  
 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。) +Cg[!6[#  
Mj5&vs~n;  
I92orr1  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd KqhE=2,  
AREpZ2GiU  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 fx3oA}  
IJ E{JH  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 >,}SP;  
#)b0&wyW6i  
}LTyXo  
 这意味着参数变化是的正态 Nm4 h  
# ; 3v4P  
jWNF3\  
w6&p4Jw/H?  
9L7jYy=A#  
 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。 %s* F~E  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 $3)Z>p   
:xy4JRcF  
g?OC-zw  
%D6HY^]ayw  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run .h r$<]  
u%b.#!  
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) %ki^XB86  
_?rL7oTv  
!&#5 *  
HyGu3  
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。 :TkR]bhm  
2C[xrZa^  
总结 /0z#0gNp  
&<oJw TC  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 kxWcWl8  
1.模拟 8d1r#sILI  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 `RHhc{  
2.研究 88g|(k/  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 ]o2jS D  
3.优化 JrNqS[c/  
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。 |{V@t1`  
4.分析 Yc p<N>)  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 HA`q U  
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。 JDP/vNq  
B0$ge"FK9  
参考文献 D*}_L   
[1]M. Serkan, H. Kirkici, and H. Cetinkaya, “Off-axis mirror based optical system design for circularization, collimation, and expansion of elliptical laser beams”, Appl. Optics 46, No. 22, 5489-5499 (2007). hF`Qs  
/7LAd_P6  
进一步阅读 kO/]mNLG  
hp3 <HUU  
进一步阅读 wn/Y 5   
 获得入门视频 &ieb6@RO`Q  
- 介绍光路图 V)jF]u~g  
- 介绍参数运行 Ng|c13A=  
 关于案例的文档 I4(z'C  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens @XQItc<  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens ,~*pPhQ8m  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing X[J?  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair 0HPqoen$  
`EWQ>m+  
WY$c^av<  
QQ:2987619807
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