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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) JQr36U  
hN}5u"pS  
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*$2+`[A  
y "<JE<X  
2t.fD@  
L% zuI& q  
简述案例
-/1d&  
*eMLbU7  
系统详情 7~L|;^(  
 光源 =$[W,+X6f  
- 强象散VIS激光二极管 ={OCa1  
 元件 : qr} M  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) &4[<F"W>47  
- 具有高斯振幅调制的光阑 })q]g Mj  
 探测器 ^=3 ^HQ'Zm  
- 光线可视化(3D显示) A03I-^0g+  
- 波前差探测 ~LSy7$rz  
- 场分布和相位计算 p+!f(H  
- 光束参数(M2值,发散角) 9B& }7kk  
 模拟/设计 t<8z08  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 "rL"K  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): e-1;dX HL  
 分析和优化整形光束质量 D_zcOq9  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 OrzM hQaf  
^9n}-Cqeq  
系统说明 zv&ePq\#  
n&3iz05}  
pFG]IM7o/u  
模拟和设计结果 6_x}.bkIx=  
Z+OAs0}mV  
8a_ UxB  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 <d3PDO@w/  
"Wxo[I  
7cy+Nz  
wA{*W>i  
lK_ ~d_f  
总结 "K/[[wX\b  
"tEj`eR  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 z&\Il#'\m+  
1.模拟 S5zpUF=  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 hqdC9?\  
2.评估 I3V{"Nx6  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 ))8Emk^Q{  
3.优化 HCI'q\\  
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。 9(i0" hS^  
4.分析 |k/`WC6As.  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 oSpi{ $x  
~NTDG  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 {Q}!NkF 1  
@'6S[zU  
详述案例 q}wl_ku9+  
7*R{u*/e  
系统参数 //ne']L  
N[- %0  
案例的内容和目标 *##QXyyg  
yBU ZVqqDa  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 ahK?]:&QO  
Gsx^j?  
hpd(d$j  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 Yg\{S<wr  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 V'Sd[*  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 fzq'S]+  
[,.[gWA  
模拟任务:反射光束整形设置 G~b`O20N  
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。 3:l:~Vn  
}3 fLV  
iX0]g45o  
/y+;g{  
,n /SDEL  
\}]=?}(  
规格:像散激光光束 ?0 KiR?  
=%:n0S0C"  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 bUY:XmA  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 ^+.+I cH  
`2 %eDFZ  
^VM"!O;h{  
:8\*)"^E  
Mm:a+T  
DjevX7Q  
规格:柱形抛物面反射镜
+R{A'Yl[(  
                          :V5!C$QV  
 有抛物面曲率的圆柱镜 i{1)=_$Vt`  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 /h}wM6pg  
 曲率半径等于焦距的两倍 5p#o1I  
)D6'k{6M  
ue^?/{OuT  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) V{ a}#J  
z<3}TD  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 Kd AR)EU>  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) .>AFf9P  
 离轴角决定了截切区域 /Gh x2B  
di)noQXkB-  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束)  Xv? S  
x0AqhT5}  
   @@&@}IQcR1  
vMW-gk  
光束整形装置的光路图 wt_?B_nR  
"R\\\I7u  
i"r.>X'Z  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 8`rAE_n`%  
 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。 Kc-A-P &Ry  
)+Y\NO?O  
反射光束整形系统的3D视图 P}.yEta  
{$u@6& B  
V fE^g\Ia  
CwH)6uA  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 <Vr] 2mw  
 绿线表示生成的光轴,由VirtualLab的基础定位方法生成(仅仅设置了距离z和倾角)。 qI4R`P"  
q6m87O9  
详述案例 iBPdCp%]`  
W:;`  
模拟和结果 /%}YuN  
 HPd+Bd  
结果:3D系统光线扫描分析 Tg{dIh.Q~O  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 !,-qn)b  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 u6bB5(s`&  
4%c7#AX[T  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd J4K|KS7   
*fuGVA  
使用参数耦合来设置系统 46.q a nh  
W&~iO   
:'^dy%&UB  
自由参数: d@q t%r3;  
 反射镜1后y方向的光束半径 ytBxe]  
 反射镜2后的光束半径 !~$YD*" S  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) sP8-gkkor  
 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。 NdED8 iRc  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 +_|cZlQ&  
[#3Cg%V  
q%=7<( w  
v,x%^gv0  
(1r>50Ge  
PUFW^"LV  
:0TSOT9.  
自由参数: @T~#Gwv  
 反射镜1后y方向的光束半径 GWkJ/EX  
 反射镜2后的光束半径 scPq\Qd?O  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) S;AnpiBM8  
 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。 ^2?O+ =,F  
/xm} ?t0U  
p6eDd"Y  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 }RP9%n^  
]@<3 6ByM  
!A^w6Q;`V  
结果:使用GFT+进行光束整形 W0?Y%Da(4m  
TXvt0&-  
`))J8j"  
|EEz>ci  
BQfAen]  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 u4*]jt;H  
uL2 {v  
XGup,7e9  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 z&yb_A:>  
p$!+2=)gY  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 OXCml(>{  
v.^ 'x  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: ) eGu4iEPM  
^9V8M9  
G|Yp <W%o  
kFZu/HRI  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd R O3e  
`::(jW.KO  
结果:评估光束参数 =`.5b:e  
tS/APSY  
&T/9y W[L  
 从生成的整形光束场分布,可以评估光束参数。 可以直接通过使用探测器界面实现。 {4jSj0W  
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M2值感兴趣。 .$s|T  
;NVTn<Uj  
ppo$&W &z  
 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。 `&Of82*w  
 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) `r0 qn'*  
6g,3s?aT  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd w0%ex#lkm  
\U  =>  
光束质量优化 J3}C T  
7z0 uj  
`YU:kj<6  
 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。 O09g b[  
 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)。
?j$8Uy$$  
SE-, 1p  
结果:光束质量优化 %B un@  
yW,#&>]# |  
K dQ|$t  
 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。 Dq1XZ%8  
u2m{Yx|  
2 ]6u B e  
BCDf9]X  
 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。) 0J,d9a [1  
$,v+i -  
#:5g`Ch4,  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd u^.k"46hn  
}@0.  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 N0KRND  
[ #fqyg  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 k yA(m;r  
iK0J{'  
y(BLin!O.  
 这意味着参数变化是的正态 wbKBwI5w  
F&j|Y>m  
jsht2]iq3K  
&IY_z0=  
EF{'J8AQ  
 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。 h/~BUg'  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 90k|u'ikOp  
~g|0uO}.  
#EK8Qe_  
>V=@[B(0  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run }n8;A;axi  
$=a$z"  
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) jJC( (1|  
#mxfU>vQ:  
D??/=`|8  
QRa6*AYm  
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。 rZ4<*Zegv  
SytDo (_=W  
总结 V!tBipX%  
eV}Tx;1|}  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 -%$ dFq  
1.模拟 L 'Rapu  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 Y|jesa {x  
2.研究 _qNLy/AY  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 7u0R=q  
3.优化 QP0X8%+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。 *dgN pJ 9  
4.分析 zhL,BTH  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 =x]dP.  
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。 (ZsR=:9(  
?saVk7Z[|5  
参考文献 eR;0pWVl  
[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). ?LM'5  
/a)=B)NH  
进一步阅读 8 z7,W3b  
Lwk-  
进一步阅读 1"PE@!]  
 获得入门视频 1yc@q8  
- 介绍光路图 5aQg^f%\  
- 介绍参数运行 8"^TWzg}L  
 关于案例的文档 9hpM*wt  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens 6[7k}9`alz  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens >*CK@"o  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing W<l(C!{  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair ZK*aVYnu  
l))IO`s=_  
!7?wd^C'f  
QQ:2987619807
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