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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) th>yi)m  
7;#dX~>@{  
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 R4J>M@-0v  
K]=>F  
I! eSJTN  
PezWc18  
简述案例
9@&Z`b_  
}C2i#;b  
系统详情 Vp0GmZ  
 光源 ,LW%'tQ~"  
- 强象散VIS激光二极管 K Lv  
 元件 8T1DcA*  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) KzH}5:qI  
- 具有高斯振幅调制的光阑 >kLH6.  
 探测器 G cLp"  
- 光线可视化(3D显示) ez<wEt S  
- 波前差探测 aPP<W|Cmo2  
- 场分布和相位计算 HjY-b*B  
- 光束参数(M2值,发散角) Iy 8E$B;  
 模拟/设计 e4_aKuA  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 pQ2)M8 gf  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): Q*J ~wuE2  
 分析和优化整形光束质量 ?lw[  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 QvQf@o  
QbKYB  
系统说明 #$z-]i  
o>,z %+  
TD=/C|  
模拟和设计结果 Z 5YW L4s  
R*5;J`TW  
#dm@%~B{.  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 #RIfR7`T  
RxeRO2  
X}QmeY[0I  
_!g NF=  
D]`B;aE>A*  
总结 qQR YHo>/e  
<!nWiwv  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。  !'t2  
1.模拟 |+=:x]#vV  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 e/#&5ISk  
2.评估 EG8R*Cm,}  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 Pds*M?&F  
3.优化 FG36,6N%2j  
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。 cz~FWk  
4.分析 $aI MQ[(  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 "RX5] eJc\  
F`}w0=-*(  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 umrI4.1c  
s!!t  
详述案例 =5_F9nk-   
bQQ/7KM  
系统参数 BW\5RIWwE5  
m@2xC,@  
案例的内容和目标 M !XFb  
U)1qsUDF  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 F"P:9`/  
>f05+%^[  
qtQ:7WO  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 f?^xh  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 )H, <i{80c  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 &Gwh<%=U  
:DpK{$eCb  
模拟任务:反射光束整形设置 0J-ux"kfI  
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。 %,q#f#  
>A "aOV>K  
Elk$9 < <  
)_.H #|r  
zO]dQ$r\Z  
Ym2m1  
规格:像散激光光束 iDxgAV f*  
\> dG'  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 Lcb5 9Cs6e  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 *4VP5]!  
xEWa<P#.u  
e|9Bzli{  
&4iIzw`  
6FFv+{ 2^@  
[B<{3*R_  
规格:柱形抛物面反射镜
RIc<  
                         \$UU/\  
 有抛物面曲率的圆柱镜 NVPYv#uK  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 n_2 LkW<?  
 曲率半径等于焦距的两倍 0zNS;wvv&  
lV="IP^7  
NtL?cWct  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) zwHsdB=v  
\bE~iz3b9  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 w]XBq~KO  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) (<-0UR]%q;  
 离轴角决定了截切区域 % m$Mn x  
_<Tz 1>j=  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) mL+ps x+  
$a1.c;NE'  
   4TV9t"Dk+c  
Hc!_o`[{l  
光束整形装置的光路图 M-t9zT  
 Jt][b  
AU2Nmf?]%  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 l6O(+*6Us  
 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。 ? ~8V;Qn  
W;W\L? r  
反射光束整形系统的3D视图 sS|5x  
pTd@i1%Nr  
}wKU=Vm  
J)f?x T*  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 p! 1zhD  
 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)。 0KEl+  
Jr zU-g  
详述案例 *}=W wG  
yR-.OF,c  
模拟和结果 (>'d`^kjk  
:}cAq/  
结果:3D系统光线扫描分析 S7]cF5N  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 |H49 FL  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 n"vI>_|G  
T%F'4_~No  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd 57rP@,vj  
u5,<.#EVY  
使用参数耦合来设置系统 :mL.Y em*'  
x8t1g,QA  
3@SfCG&|e  
自由参数: 54-x 14")  
 反射镜1后y方向的光束半径 -)/>qFj )  
 反射镜2后的光束半径 3dfSu'  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) QaV*}W  
 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。 /V~(!S>  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 z> SCv;Q  
B Xp3u|t  
|tkmO:  
[iz  
-\vq-n  
Vj1AW<  
$vd._j&  
自由参数: hsh W5j  
 反射镜1后y方向的光束半径 . x$` i  
 反射镜2后的光束半径 `*B8IT)  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) j"]%6RwM]  
 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。 .,4&/cd  
o3yZCz  
mDhU wZH  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 ; 1WclQ!(  
$k dfY'u  
Sq,x@  
结果:使用GFT+进行光束整形 fw5AZvE6$  
K4KmoGb  
 GY>0v  
h6#  
9Rpj&0Is  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 cIH`,bR  
d7 @ N~<n  
6*%lnd+_  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 M9MEQK  
d 1z   
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 IMBqy-q  
7Sokn?~i  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: fK[9<"PC0  
0\/7[nwS  
u%2u%-w  
v / a/  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd i''dY!2  
4h|D[Cb]  
结果:评估光束参数 BD#4=u  
0-QkRr_ I  
~{HA!C#  
 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"LT\7yjyG  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 =w8*n2  
Z-WWp#b  
9F3`hJZRy>  
 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。 t.m $|M>  
 M2值明显高于1。(与理想高斯光束相比,高M2值是由光束偏离引起的) Bk8U\Ut  
?p`}6s Q}  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd 0KEytm]  
 /8.;  
光束质量优化 WvR}c  
L&eO?I=,  
Ros5]5=dP  
 通常,使用合适的高斯调制光阑以用于优化M2值。 因此,我们使用测量的半径作为腰束半径(消除发散角)来生成一个高斯光束。 :QN,T3i'/3  
 之后,将接收场转换成一个透射函数。 将该传输函数用作光阑(在一个透射函数元件中)。
k (Ow.nkb  
M jHeUf  
结果:光束质量优化 <>-UPRw qI  
7FWf,IjcGY  
D0uf=BbS  
 由于通过高斯孔径传播,光束显示出理想高斯形状。 因此,M2值在两个方向上几乎都是1。 CnAhEf)b  
L/V3sSt  
]t<%v_K  
DD;PmIW  
 然而,光束半径是略有减少。(光束半径显示在最后一张幻灯片是由于其偏离了理想高斯。) ZgN*m\l  
T%Z`:mf  
7m8L!t9  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd -O2Qz zE&  
ofS9h*wrJ  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 [<cP~  
7 0KZXgBy_  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 >5 Ce/P'R  
GlVq<RG*  
/bg8oB4  
 这意味着参数变化是的正态 #E>f.:)  
GJ!usv u  
H.'_NCF&;L  
Rb#?c+&#  
W&G DE  
 对于这个例子,假设每个反射镜都有±0.1°的角度偏差(绝对的方向)。 由于这个偏差,整形光束的波前差明显增加。 N$pO] p  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 0\u_ \%[  
3<B{-z  
(/PD;R$b  
a]75z)X R  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run Y ||!V  
SxMh '  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) jt?R a1Z  
t'~:me!  
h%#@Xd>.  
g~N)~]0{  
由于波前差和因此校准的偏差更大,M2值明显增加。可以使用高斯孔径来减少。 T< P4+#JK  
_M{m6k(h  
总结 a ipvG  
_Tev503  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 8> Gp #T  
1.模拟 =yk#z84<  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 MwXgaSV  
2.研究 ^k~{6S,  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 T7&itgEYG/  
3.优化 U.d*E/OR5  
通过使用显示出高斯整形孔径函数和经典场追迹引擎来优化M2参数。 :N(L7&<  
4.分析 &:w{[H$-  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 (,HA Os  
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。 ("wPkm^  
|(Io(e  
参考文献 h|_G2p^J+"  
[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). e(j"u;=  
 k:R9wo  
进一步阅读 rXvvJIbi  
0G;RMR':5  
进一步阅读 L<J%IlcfO  
 获得入门视频 wN"irXG  
- 介绍光路图 O]i}r`E8,  
- 介绍参数运行 BwrMRMq"  
 关于案例的文档 7vgz=- MZ#  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens DS-Kot(k(z  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens "0n to+v  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing X=_N7!  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair XA>@0E>1r  
i7:j(W^I8  
UP%X`  
QQ:2987619807
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