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infotek 2024-11-12 07:57

反射光束整形系统

光束传输系统(BDS.0005 v1.0) )54;YK  
^fT|Wm<  
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 p}%T`e=Z9  
JyY-@GF  
48JD >=@7  
LwQq0<v  
简述案例
%y{#fZHc  
Z&gM7Zo8  
系统详情 :|3n`,  
 光源 G j[`r  
- 强象散VIS激光二极管 kGsd3t!'  
 元件 F3$@6J8<[z  
- 光束准直和整形的反射元件(例如圆柱抛物面镜) :uE:mY%R  
- 具有高斯振幅调制的光阑 3[plwe  
 探测器 s*<\ mwB  
- 光线可视化(3D显示) [;3` Aw  
- 波前差探测 (he cvJ  
- 场分布和相位计算 j3`# v3  
- 光束参数(M2值,发散角) Nf(Np1?;c  
 模拟/设计 dGf:0xE"  
- 光线追迹(Ray Tracing:):基本系统预览和波前差计算 ##~";j  
- 几何场追迹+和经典场追迹(Geometric Field Tracing Plus (GFT+) & Classic Field Tracing): [EUp4%Z #  
 分析和优化整形光束质量 @giJ&3S,  
 元件方向的蒙特卡洛公差分析 GMqeC  
f>\guuG  
系统说明 )&R^J;W$M1  
 II;fBcXF  
B]Vnu7  
模拟和设计结果 R4+Gmx1  
W<<{}'Db/#  
0F$;]zg  
场(强度)分布                                   优化后
数值探测器结果 $e66jV  
n]$50_@  
gFR9!=,/V%  
wLyQ <[$  
P%`|Tu!B  
总结 +X)n}jh  
:<$B o  
实现和分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 4 [2^#t[  
1.模拟 EugQr<sM#  
使用光线追迹验证反射光束整形装置。 ~Pq(Ta  
2.评估 i[obQx S94  
应用几何场追迹+(GFT +)引擎来计算场分布和评价光束参数。 gd~# uR\  
3.优化 VJ1(|v{D4[  
利用一个具有高斯形状孔径函数的光阑和经典场追迹引擎来优化M2参数。 KLqn`m`O;  
4.分析 1<Fh aK  
通过应用蒙特卡罗公差来分析方向偏差的影响。 >iefEv\  
"vVL52HwB  
对于复杂的光束整形装置,特别是离轴系统,可以使用VirtualLab来进行高效的模拟和分析。模拟过程中,根据情况应用不同的模拟引擎。 ,})x1y  
x2gnB@t  
详述案例 ^6*LuXPv  
T8|aFoHCK  
系统参数 e!cZW.B=`f  
V\k?$}  
案例的内容和目标 {=]1]IWt  
8SmtEV[b3  
在BDS.0001,BDS.0002,BDS.0003和BDS.0004案例中,研究了折射光束传输系统。 fNz*E|]8&  
P} =eR  
moO=TGG;F  
 目标是准直并对称由激光二极管发射的高斯光束。 2p3ep,  
 之后,研究并优化整形光束的质量。 Gt{'` P,&9  
 另外,探讨了镜像位置和倾斜偏差的影响。 WU oGIT'  
}2qmL$  
模拟任务:反射光束整形设置 pyPS5vWG  
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。 qkX}pQkG)h  
iO^z7Y7  
a|B^%  
('1k%`R%  
- zaqL\  
Qg]8~^ Q<  
规格:像散激光光束 0:K4,  
1S !<D)n  
 由激光二极管发出的强像散高斯光束 u+7B-l=u*  
 忽略发射区域在x和y方向可能发生的移动 W`zY\]  
I{Pny/d`  
4fe$0mye  
JI1O(  
![O@{/  
Y,1sNg  
规格:柱形抛物面反射镜
BaSNr6 YW  
                         gemjLuf  
 有抛物面曲率的圆柱镜 F12tOSfu*  
 应用用锥形常数.-1来实现锥形界面 r Ntc{{3_  
 曲率半径等于焦距的两倍 0>D:  
# L\t)W  
IT \Pj_  
规格:离轴抛物面圆柱镜(楔型) BV=L.*  
-BWkPq!  
 对称抛物面镜区域用于光束的准直 cE x$cZRMI  
 从VirtualLab元件目录使用离轴抛物面镜(楔型) t(SSrM]  
 离轴角决定了截切区域 #A|~s;s>N  
C#]%  
  
规格:参数概述(12° x 46°光束) ~;/\l=Xl  
3HsjF5?W  
   m.~&n!1W*`  
\Yv<Tz J9  
光束整形装置的光路图 h-VpX6  
!x9j~D'C`  
%]9 <a  
 由于VirtualLab的相对坐标系统,则仅需设置z方向的距离。 Ed/@&52z0  
 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。 HLMEB0zh^  
0 `X%&  
反射光束整形系统的3D视图 Zp|LCE"  
b@ J&jE~d  
l'~]8Wo1  
) Qve[O  
 光学元件的定位可以通过使用3D系统视图来显示。 UXB[3SP  
 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)。 qlUYu"`i  
Qi^MfHW  
详述案例 [c?']<f4  
0D1yG(ck  
模拟和结果 Xq&x<td  
YBgHX [q  
结果:3D系统光线扫描分析 4+mawyM  
 首先,应用光线追迹研究光通过光学系统。 lj"L Q(^  
 使用光线追迹系统分析仪进行分析。 Fi{~UOZg  
xh> /bU!>  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd ;??wLNdf-  
uh`@qmu)  
使用参数耦合来设置系统 hoASrj{s  
n5_r 3{  
JH!qGV1  
自由参数: o a,Ju  
 反射镜1后y方向的光束半径 v>Il #  
 反射镜2后的光束半径 ]>@; 2%YvY  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) Co8b0-Z  
 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。 =K2Dxu_:  
 对于此计算,应用了嵌入的参数耦合功能。 iUh_rX9A"  
@18@[ :d"  
z]>aWH}$  
fiTMS:  
 >p!d(J?  
HSx~Fs^J  
my")/e  
自由参数: bIizh8d?  
 反射镜1后y方向的光束半径 U-TwrX  
 反射镜2后的光束半径 +7<{yP6wU  
 视场角,这决定了离轴取向(这些值保存为全局变量) bl\44VK2'  
 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。 6__@?XzJ  
/#$bb4  
l1c&a[M)  
 如果这个例子评估20个参数,那么返回到光路图(LPD)。 lg;Y}?P  
u0$7k9mE  
'2]u{rr~+  
结果:使用GFT+进行光束整形 {549&]/o  
n:he`7.6O  
UA,&0.7  
8BNsh[+  
?9X#{p>q  
 现在,利用几何场追迹+计算生成的光束剖面。 xpyb&A  
"<6pp4*I  
iCN@G&rVw  
 由于离轴设置,光线分布显示出轻微的不对称形状。 $E|W|4N  
<-Q0WP_^  
 不过,场分布几乎是对称的(最好是使用伪色(false colors))。 s~/]nz]"J  
p%IR4f  
 产生的相位是完全平坦的,产生的波前误差: |f8by\Q86=  
[CPZj*|b  
sNvT0  
RYE::[O7  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_01_RT.lpd LO.4sO  
^yK94U;<Gy  
结果:评估光束参数 Dr`\  
=(v!pEF  
V-=$:J"J'\  
 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。 -xXNzC   
 在这个例子中,我们对光束半径,发散角和M²值感兴趣。 n{BC m %  
uc Z(D|a   
/F;*[JZIb  
 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。 jT: :o  
 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) <O5;w  
'0 ( Bb  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_02_BeamShaping.lpd `4}!+fXQ  
*`}_e)(k  
光束质量优化 ?RpT_u  
{]<D"x ;  
qoZ*sV  
 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。 T]^F%D%  
 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)。
1AE/ILGo  
20?i4h_  
结果:光束质量优化 puqLXDjA/  
Y ga}8DU  
}0 <x4|=  
 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。 MCh8Q|Yx4  
a+{g~/z;,Q  
t C6c4j  
(X!/tw,.  
 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。) 1 9 k$)m  
i"rMP#7  
+ypG<VBx%  
file: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_03_BeamOptimization.lpd ''5%5(Y.r  
do[K-r  
反射镜方向的蒙特卡洛公差 ^OBaVb  
/#:RYM'Tu  
 对于公差,在随机模式下我们使用参数运行特性。 6km u'vw  
?>%u[g   
Z$ftG7;P0  
 这意味着参数变化是的正态 =\XAD+  
w:Lu  
I.8|kscM  
,O[vxN1X*  
HO@T2t[  
 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。 L//sJe  
这意味着,波前对对齐误差很敏感。 9d{W/t?NH  
w4x8 Sre  
chd${ j  
pM46I"  
file used: BDS.0005_Reflective_BeamShaper_04_Tolerancing.run 5z]dA~;*2  
[CUJA  
第一个随机公差的典型强度分布:(相应的均方根波前差:1.08λ,40.4λ,140λ) %x927I>  
dX$])b_Uw  
Bw_Ih|y,w  
z!3Z^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。 mefmoZ  
< `r+l5  
总结 M`>W'<  
<khx%<)P  
实现并分析高性能离轴和无色散反射光束整形装置。 :mJM=FeJ  
1.模拟 W^Rb~b^?  
通过使用光线追迹来验证反射光束整形设置。 |E~X]_Y  
2.研究 Vks,3$  
为了计算场分布和评价光束参数,应用几何场追迹+(GFT+)引擎。 L3GJq{t  
3.优化 [e}]K:  
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。 )/U1; O  
4.分析 Dq?2mXOqD  
通过应用蒙特卡罗公差来分析取向偏差的影响。 >|'6J!Op  
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。 Dw #&x/G  
TdE_\gEo/R  
参考文献 =#^dG ''*"  
[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). ]bR'J\Fwl  
sN g"JQ  
进一步阅读 )F$Stg3e  
sY6'y'a95  
进一步阅读 'pe0Q-  
 获得入门视频 !6%G%ZG@3-  
- 介绍光路图 ZF t^q /pw  
- 介绍参数运行 q@sH@-z4]  
 关于案例的文档 J6%op{7/  
- BDS.0001: Collimation of Diode Laser Beam by Objective Lens x$Oz0[  
- BDS.0002: Focus Investigation behind Aspherical Lens ' " tieew  
- BDS.0003: Optimization of a Lens Doublet for Laser Beam Focusing K$]QzPXS  
- BDS.0004: Focal Beam Size Reduction by Generating a Bessel Beam using Axicon Pair
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